芯片植入可以自溶体内 柔性电子时代的未来已经到来？

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手机屏幕可折叠已经够炫酷，如果说它还能实现无毒无害降解是不是就更厉害了呢？

近日，天津大学精仪学院黄显教授团队成功研发“水致烧结”印刷术，在全球首次实现低能耗、低成本生产生物可吸收柔性电子元器件，有望成为柔性电子材料生产革命性突破。未来，不仅仅折叠屏手机淘汰报废可以无毒无害降解，甚至植入身体的电子芯片到期都可以自动溶于体内，不用再取出！这让人不禁感叹，柔性电子时代的“未来”已经到来。

图1：水致烧结示意图和烧结前后对比，以及烧结后器件柔性展示和溶解特性。

近年来，越来越多的科学研究集中于利用生物可溶性材料开发功能性器件，瞬态生物可降解电子器件应运而生。它指的是电子器件完成预设任务后，可自行部分或全部溶解的一类器件。使用这种生物可溶性材料制作的柔性电子设备一旦植入到人体，在完成其功能后，就能够自行溶解在体内，无需二次手术，既能减轻病人的痛苦，还能减少医疗资源的浪费。此外，使用生物可溶性材料所开发的电子元器件，在其功能完成之后还可溶解于水中，便于将电路上的电子元件回收，不会产生环境污染。

目前，瞬态电子器件主要采用无水无氧的CMOS方法进行加工，此种方法加工条件较为苛刻，难以满足瞬态电子大规模加工的需求。而印刷电子技术以其便捷的加工工艺有望成为瞬态电子加工的更优选择。其中可降解导电油墨及其烧结方法是印刷电子技术的一个重要核心问题。

天津大学精仪学院生物医学柔性电子实验室的黄显教授团队在国际首创“水致烧结”柔性电子印刷术。该团队利用酸酐遇水产生弱酸的特性，基于纳米锌和酸酐研制了一种新型纳米金属导电油墨及新型烧结方法，无需高温、激光和高强度光脉冲，利用水蒸气即可在室温环境下的制造柔性电子线路。

在该研究中，团队基于纳米锌粉末和酸酐溶液研制了一种新型瞬态金属油墨，利用酸酐遇水产生弱酸的化学特性，将瞬态电子领域的不利因素——水，转换为烧结的触发的有利条件，通过时间和湿度的精确控制，实现了印刷线路在水蒸气条件下的自我烧结，并展现出了良好的导电性及柔韧性。

图2: 酸酐辅助烧结微观原理图

研究团队还在此项烧结方法的基础上，印刷制作了柔性高频无线发射电路，实现了无线信号的稳定传输，展现该新型导电油墨的良好高频特性。同时，整个系统可以转化为无线温度监控电路，实现25-95℃的温度监测，并可以在半小时内实现在水中的降解。

图3: 无线瞬态生物可吸收电路的工作特性 

除此以外，通过细胞毒性实验证明该新型油墨具有良好的生物相容性及生物可吸收性，进而为未来的植入器件的制作提供的新的思路方向和更广泛的应用场景。

酸酐辅助烧结法是一种十分新颖的油墨导线烧结方法。该方法为可降解导电油墨在瞬态器件当中的使用释放了广阔的想象空间。使用含酸酐的纳米锌油墨制成的器件可以在一定时间后自行激活，完成既定工作使命后又可以自行降解。同时，这种方法给油墨的大规模商业化也带来了便利，用户无需自行购买安装烧结设备，仅需将导线暴露在潮湿环境或滴加水即可完成对导线的烧结。大规模批量生产柔性电子元器件成本有望降至现有成本的百分之一。

该项研究成果于9月2日线上发表于工程科学领域顶级的国际期刊Advanced Functional Materials（影响因子15.621）。实验室的徐航博士为本文的共同通讯作者，硕士研究生李佳蒙为本文的第一作者。

点击“阅读原文”查看论文原文。

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