用于可延展柔性生物电子器件制造的热释放转移印刷技术

生物电子器件,如生物电极,在神经生理学等生命科学学科研究中是不可或缺的研究工具。可延展柔性生物电子器件由于能与生物组织和器官等形成共形接触,可以进一步扩展生物电子器件的应用范围和提高生物电子器件的应用效果,因而得到了相关领域研究人员的广泛关注。然而,目前很多可延展柔性生物电子器件的制备所采用的转印制备方法存在着步骤多、工艺复杂等缺点,制约了可延展柔性生物电子器件的进一步发展。

Untitled电子科技大学林媛教授团队与该校夏阳教授团队合作,通过对温度敏感粘附材料的界面粘附机理的分析,提出了一种低成本,易于操作和通过温度控制的可延展柔性生物电子器件转印制备方法——热释放转印法。相关结果发表在Advanced Science(DOI: 10.1002/advs.201700251)上。温度敏感粘附材料是一类其粘附性与温度强关联的粘附材料。通过调节温度,这种材料的界面粘附性会发生显著的变化。在这项工作中,研究团队利用断裂力学理论模型,对整个转移印刷过程中温度敏感粘附材料界面粘附性能变化机理进行了系统的分析和实验表征,进而提出了一种用于可延展柔性生物电子器件的新转印制备方法。不同于常规的动力学主导转印法,该方法的转印过程可以简便地直接由温度控制。由温度敏感粘附材料构成的热释放胶带在室温下呈现很高的粘附力,而在加热至一定温度后胶带的粘附力会明显降低。因此,在可延展柔性生物电子器件的转印过程初始阶段,热释放胶带的粘附力可以将完成微细加工的器件结构直接从被转移基底上撕起。然后将附有器件的热释放胶贴附到待转移的柔性基底(如PDMS)上,在加热至90℃~100℃后器件即可转印至柔性基底上。由于热释放胶带通过温度控制可以实现宽幅粘附力调整范围,整个转印过程中无需像其他转印方法制备额外的牺牲层来减小器件与被转移基底之间的粘附力。

利用这种热释放转印方法,研究团队成功地在PDMS基底上制备了可延展柔性生物电极阵列,并利用该器件研究了麻醉状态下SD(Sprague-Dawley)雄性大鼠的稳态视觉诱发电位(SSVEP)响应。为了使该电极阵列与麻醉的SD雄性大鼠硬脑膜的视皮层区形成共形接触,研究团队通过一系列的弯曲试验和理论计算,得到了可延展神经电极与SD雄性大鼠的硬脑膜形成共形接触的临界PDMS基底厚度。在进一步的生物实验中,经过优化设计的可延展生物电极探测到了良好的ECoG信号和高质量的SSVEP响应,这也印证了该电极与生物体组织形成共形接触的重要性。

研究者相信,此项研究将会提供一种用于可延展柔性生物电子器件的无需牺牲层、低成本、易于操作的转印方法,为进一步推广可延展柔性生物电子器件在生命科学研究中的应用提供帮助。

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