柔性电子器件在人体健康监测、分析及可穿戴设备等生物医学工程领域展现了广阔的应用前景。然而，在柔性电子器件组装中，用于连接不同模块的商用导电胶容易变形、断裂，导致接口不稳定，严重影响整个器件的拉伸性和信号质量。
近日，中科院深圳先进技术研究院研究员刘志远与新加坡南洋理工大学教授陈晓东、美国斯坦福大学教授鲍哲南等合作，绕开了用“商业胶水”组装柔性电子器件的思路，开发了一种基于双连续纳米分散网络的新型柔性界面。它能够作为柔性电子器件通常所包含的柔性模块、刚性模块以及封装模块的通用接口，只需按压10秒，就可实现柔性电子器件“乐高式”的高效稳定组装。相关研究成果发表于《自然》。
柔性电子器件大致可分为植入式和体表式两种，主要用于采集应力信号、温度信号、生理电信号等生理数据，以监测人体健康状态。论文通讯作者刘志远介绍，由于这三种模块的形状参数、材料性质、加工条件不同，往往要先分开制备，再通过商用导电胶组装在一起，构成不同功能的柔性电子器件。然而，商用导电胶的瓶颈却破坏了柔性电子器件的整体稳定性。
论文第一作者、美国斯坦福大学访问博士后姜颖解释说，无论单个模块的拉伸性多好，只要模块接口处的拉伸性很弱，整个器件的拉伸性就会受到制约。他们很快发现，这种柔性界面能作为柔性模块之间的接口，像“魔术贴”一样将不同功能的柔性传感器稳定黏合在一起，从而实现柔性模块间的高效连接。
联合团队随后通过原子力显微镜对其纳米级力学性能进行了成像和辨识，并用分层俄歇电子能谱定量分析，得知其电气与机械的双重黏附来源于100纳米深度内三维相互穿插的双连续纳米网络，并基于分子动力学模拟构建了BIND界面的双连续网络生长机理，进而优化了它的电气和机械性能。
为了验证BIND接口在智能柔性医疗器件中的实际应用，联合团队制备了使用该接口组装的植入式神经调控传感系统，利用国家自然科学基金委重大科学仪器项目完成的体表多通道电生理信号传感系统采集电生理信号。实验表明，采用新型接口的柔性医疗器件能高精度、高保真、抗干扰地监测体内外不同器官，如表皮、脑皮层、坐骨神经、腓骨肌肉、膀胱等，与商用导电胶组装的器件相比系统信号质量大幅度提升。
据介绍，采用BIND界面的柔性模块接口，其导电拉伸率可达180%、机械拉伸率可达600%，远高于采用商用导电胶连接的普通接口（分别为45%、60%）；对于硬质模块接口，其导电拉伸率达到200%，适用于聚酰亚胺、玻璃、金属等多种硬质材料；对于封装模块接口，BIND界面能提供0.24牛顿每毫米的黏附力，是传统柔性封装的60倍。
“毫无疑问，该团队研发的柔性电子器件BIND接口，表征和应用都非常出色，其设计逻辑和实验验证令人印象深刻。”一位审稿人对该成果给予了高度评价。事实上，他们在2021年9月把这一历时5年的研究成果投稿到《自然》时，仅3天时间就收到了送审邮件，短短3个月内便收到了3位审稿人的意见。
对此，研究团队与固体力学家、美国工程院院士高华健团队合作，基于分子动力学模拟构建了BIND界面的双连续网络生长机理，解释了聚合物流体衬底与高动量金属原子之间的相互作用，最终得到了审稿人的认可。在《自然》同期发表的研究简报中，清华大学教授张一慧评论说，该工作提高了柔性电子接口的机械和电子稳定性，极大推动了电子皮肤、可植入器件等柔性电子器件的实际应用。