近日，上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院、張江高等研究院張智濤副教授，在國際頂級學(xué)術(shù)期刊Nature Photonics上發(fā)表綜述性論文“Body-conformable light-emitting materials and devices”。

該綜述論文系統(tǒng)性地總結(jié)了可穿戴發(fā)光織物、可貼合發(fā)光電子皮膚和可植入發(fā)光生物器件三種與人體貼合的發(fā)光器件的最新研究進(jìn)展，重點(diǎn)討論了發(fā)光材料與器件的設(shè)計(jì)策略及相關(guān)應(yīng)用，并強(qiáng)調(diào)了目前提高器件性能、推廣實(shí)際應(yīng)用所面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)和問題。張智濤副教授為論文的第一作者與通訊作者，上海交通大學(xué)為論文第一完成單位。

電子器件已從剛性發(fā)展到柔性。在過去十年中，柔性電子器件已在能量收集和存儲、健康傳感、疾病監(jiān)測和治療，以及最新的智能輔助控制系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。與人體貼合的發(fā)光器件將成為下一代柔性電子器件中重要的人機(jī)交互界面。由于生物系統(tǒng)是柔軟、復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的，因此這些發(fā)光器件的機(jī)械性能必須與人體相匹配，為滿足這一要求，需要對發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。

目前，與人體貼合的發(fā)光器件主要可分為三種：可穿戴發(fā)光織物、可貼合發(fā)光電子皮膚和可植入發(fā)光生物器件。

可穿戴發(fā)光織物必須在實(shí)現(xiàn)高性能電致發(fā)光的同時(shí)兼?zhèn)渫笟�、可變形、舒適的特性。論文重點(diǎn)討論了構(gòu)建纖維狀發(fā)光器件以及將其編織到織物中的方法，同時(shí)對每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)與比較，并強(qiáng)調(diào)了纖維狀發(fā)光器件當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)。

圖1.可穿戴發(fā)光紡織品

可貼合發(fā)光電子皮膚需要滿足超薄、柔軟、可拉伸的特性，以高度貼合皮膚承受各種形變。作者在文中比較討論了一系列具有優(yōu)異光學(xué)、電學(xué)和機(jī)械特性的可拉伸發(fā)光電子皮膚器件的材料設(shè)計(jì)與器件制備方法，并總結(jié)了可貼合發(fā)光電子皮膚在顯示照明、光學(xué)成像、光電通訊等領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展。

圖2.可穿戴發(fā)光電子皮膚

可植入發(fā)光生物器件要求各電子元件的機(jī)械特性也應(yīng)與生物組織相匹配，以形成有效的界面，同時(shí)兼?zhèn)渖�物相容性和微型化。文章重點(diǎn)從無線供電、多通道和生物可降解等多種不同特性入手，介紹了不同可植入發(fā)光器件制備策略的最新進(jìn)展及其在生物醫(yī)療領(lǐng)域的目標(biāo)應(yīng)用。

圖3.可植入發(fā)光生物器件

通過合理的材料設(shè)計(jì)，具有人體形變適應(yīng)性的發(fā)光材料和器件取得了顯著的研究進(jìn)展。然而，這些發(fā)光材料和器件的實(shí)際應(yīng)用還面臨著一些關(guān)鍵性挑戰(zhàn)，如器件亮度的提升、分辨率的提高、多通道控制、生物可降解性的可控實(shí)現(xiàn)等，作者在文末就上述難點(diǎn)提出了一系列可能的解決思路。

這項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、上海市科委、上海交通大學(xué)的資助。

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