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基于仿生原理的铁电高分子人造视网膜广东快乐

来源:http://www.btxygg.com 作者:广东快乐10分预测 时间:2019-11-21 22:53

(化学化工学院 科学技术处)

化学所在印刷制备可穿戴传感器研究中取得进展 广东快乐十分预测器 1

视网膜是眼球后方一层薄薄的组织,负责收集光学图像。数以百万计的人患有视觉障碍或完全失明,老年黄斑变性则是最常见的视网膜疾病。为了提升这些患者的生活质量,研究人员正将想方设法发展可植入式的微电子视网膜假体。这些设备惯常使用半导体将光转换成电流信号,然后将信号传输给视神经。美国能源部的人造视网膜计划中,光感器件由电池供电,植入的电子设备与采集光学图像的相机之间采用无线通信。

在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的大力支持下,中科院化学研究所绿色印刷院重点实验室研究员宋延林课题组近年来致力于推动印刷技术的绿色化和功能化发展,在功能纳米材料的可控组装、精细图案化技术、印刷电子以及器件应用方面开展了系统的研究(Adv.Mater.2014,26,6950-6958)。通过构筑微米尺度的模板结构,实现了对基材表面液膜破裂行为的控制,得到了精确组装的纳米粒子图案(Adv.Mater.2014,26,2501-2507);利用“咖啡环”现象制备线宽可达5μm的金属纳米粒子图案(Adv.Mater.2013,25,6714-6718);利用墨水的三相线滑移现象制备了具有特殊三维结构的图案(Adv.Opt.Mater.2013,2,34-38;Adv.Funct.Mater.2015,25,2237-2242);通过喷墨打印磁性墨水制备了特殊三维柱状结构(Small2015,11,1900-1904);利用软基材喷墨打印制备了微坑及凹槽结构(Adv.Funct.Mater.2015,25,3286-3294);通过喷墨打印技术构筑微米尺度的电极图案作为“模板”,控制纳米材料的组装(Adv.Mater.2015,27,3928-3933)等。

这项工作是和高分子系谌东中教授、现代工程与应用科学学院葛海雄教授密切合作完成,第一作者为硕士研究生陈昕。研究得到了国家自然科学基金、长江学者和创新团队发展计划的资助。

随着智能终端的普及,可穿戴电子设备展现出巨大的市场前景;传感器作为可穿戴设备最重要的核心部件,将对其未来功能发展产生重要影响。随着传感器向微型化、智能化、网络化和多功能化的方向发展,同时测量多个参数的高集成传感器需要制造工艺和分析技术的创新。印刷技术是实现材料图案化的有效方式,但传统的印刷技术制造精度通常在数十微米,而且需要经过感光刻蚀等复杂、易导致环境污染的工艺,大大限制了其在微纳米器件制造领域的应用。

整个光电转换过程在50毫秒的时间内完成,与视网膜中的光受体细胞刺激-响应的速度相当。输出的电信号取决于光波长并正比于光刺激的强度。该器件可以抓取动态图像。结合纳米加工技术,光学检测单元可以缩微化,器件特征尺寸仅为单个光感细胞的五分之一。这些密堆积的光传感单元构成的阵列可用于分辨图形的细节特征。单个视敏感单元的光响应在入射光的方向最强,整个阵列具有构造人造复眼的潜力。该研究提供了人造视网膜的一种崭新设计思路,可获取低成本高效应、生物相容、神经元可读取、可植入的器件,其突出特点是无需电池驱动,能够实现自供能。

基于仿生原理的铁电高分子人造视网膜广东快乐十分预测器。在以上研究基础上,他们突破传统印刷技术中模板和精度的局限,利用微米柱阵列作为“印版”,与含有纳米颗粒的“油墨”及柔性基材构筑了类似传统印刷过程中“印版、油墨和纸张”的三明治结构。随着溶剂的挥发,气-液-固三相接触线有序收缩,纳米颗粒在基材上组装形成周期与振幅精确可控的微米乃至纳米尺度的导电曲线阵列,进而得到对微小形变有灵敏电阻响应的传感器。将传感器贴在被监测者的皮肤上进行数据采集与分析,可以实时监测不同环境和心理条件下人体体表微形变的相关生理反应,如复杂表情识别,并有望应用于脉搏监测、心脏监护和远程操控等领域。这种高精度、高灵敏传感器的印刷制造方法突破了传统印刷技术的精度极限,将有力推动印刷制造可穿戴电子和其它微纳米功能器件的发展和应用。该研究成果作为VIP文章发表在近日出版的《先进材料》(Adv.Mater.2016,28,1369-1374)上。

基于仿生原理的铁电高分子人造视网膜广东快乐十分预测器。最近Advanced Materials(28, 10684, 2016)报道了化学化工学院高分子系和生命化学协同创新中心的一项研究。来自沈群东教授的研究组设计了一种简洁、智能的器件,可以用作人造视网膜的一个关键组分。人的视网膜中含有多层神经元细胞,由突触相互关联。其中光感细胞含有响应不同颜色可见光的视觉色素分子。可见光诱导细胞膜的电极化,并将信号传递给其他神经细胞,再经过视神经纤维传递给大脑。鉴于此,这种新设计的核心策略是将光转换成电信号后直接转导给神经元。该仿生装置由两类功能高分子材料复合而成。一种材料是光敏性高分子,在彩色光的照明之下分子的构象发生转换,并产生机械形变。另一种材料是铁电高分子,它具有压电效应,能将复合材料的形变转换成电信号的变化。入射光经这种途径转变成电势变化,再传递给与人造视网膜紧贴的神经细胞。受激的神经细胞可进而与环境或其它细胞交换信使分子。

沈群东教授研究组近年来专注于铁电高分子柔性电子器件研究,包括非侵入性动态诊断心血管系统的传感器(Adv. Funct. Mater. 26, 3640,2016)和超高密度数据存储器(Adv. Funct. Mater. 23, 3124,2013)等。

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