人民網北京9月14日電 （記者趙竹青）記者從中國科學院化學研究所獲悉，該所研究團隊聯合多家單位，創新性地提出了一項用于超薄柔性器件轉印的新技術——“液滴打印”。這一方法可以將精細的電子器件“溫柔地”轉移到各種復雜表面，在不損傷器件的前提下實現精準貼合。該研究成果已于近日發表在《Science》期刊上。
在可穿戴電子、腦機接口、神經修復等前沿技術中，將電子器件像皮膚一樣保形貼合在生物組織表面是一個關鍵挑戰。常見的柔性電子器件通常由金屬導電材料、半導體材料與高分子基底復合而成，這些電子器件非常柔軟，其厚度僅為幾至幾十微米。
然而，越薄的薄膜，其機械強度越低，在貼合時更容易破損。這是因為當一張薄膜“壓”到起伏不平的曲面時，它必須經歷局部的彎曲、拉伸和剪切等變形，這會在薄膜內部引起嚴重的應力集中。雖然高分子基底具有一定延展性，但當局部應力超過材料極限時，仍會引起金屬線路斷裂或器件失效。如何實現電子薄膜的無損保形貼合已成為柔性電子中的瓶頸。
那么，如何解決這個難題呢？中國科學院化學研究所宋延林研究團隊別出心裁，借助一滴水，找到了解決方案。
他們基于多年來在打印印刷領域的積累，提出了“液滴打印”技術，核心在于用液滴作為媒介，通過在電子薄膜與目標表面之間構建一個液體潤滑界面實現應力的動態釋放。他們發現，當使用液滴來拾取和轉印薄膜時，液體會存在于膜與目標表面之間，不僅可以產生毛細力，逐漸將薄膜“拉貼”在凹凸不平的結構上，而且液體層形成類似潤滑油的效果，使薄膜在變形時可以在潤滑液體上自由滑動。應力集中一旦在薄膜中產生，就會通過局部滑動而有效釋放。同時，液滴中的微量高分子材料還可以調控三相接觸線的運動，實現薄膜的高精度轉印。
研究團隊通過高速攝像和應力分布仿真等多手段驗證，液滴打印將原本變形時累積在膜內的應力集中分散成一個均勻、可控的場分布，真正實現了“貼得好、印得準、膜不破”。
實驗結果令人驚嘆：即使是厚度僅150納米、頭發絲尺寸的幾十分之一的金膜，也可以通過液滴打印完好無損地貼合在微米尺寸的草履蟲、蒲公英纖維和貝殼表面。此外，水滴的成分還可以根據需求調整，如添加細胞培養液以“打印”細胞膜，或引入生物膠水實現水下粘附。
更重要的是，活體動物實驗展現了出色的效果：研究人員將超薄硅基電子膜通過液滴打印技術打印在小鼠的坐骨神經和大腦皮層上，電子膜與動物組織形成了無損的保形貼合。隨后通過近紅外光照，成功觸發小鼠腿部規律運動，并同步采集到清晰的神經電信號。
實驗中，小鼠隨著光照表現出規律的腿部運動，其肌電圖和腦電圖信號同步顯示激活響應，完整驗證了從光刺激到神經響應再到動作輸出的控制路徑。這一切，僅靠“一滴水”完成轉印——既無損組織，又穩定高效。
液滴打印打破了傳統器件貼合方式的壁壘，無需外界壓力、無需特殊表面處理、無需粘合劑，適合于活體操作和復雜曲面的特點，使得這一技術不僅適用于皮膚電子、腦機接口、神經調控器件，而且可拓展到可穿戴設備、智能顯示、生物制造和組織工程等多個交叉領域。正如本工作的研究者宋延林研究員所言：“隨著科技的進步，推動文明發展的印刷術將不斷煥發新的生機”。