CN109287073A - 柔性可拉伸线路的表面修饰方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种柔性可拉伸线路的表面修饰方法及其应用。该方法可以明显提高导电线路细胞相容性与组织相容性和导电线路与细胞/组织直接接触的线路稳定性，长时间细胞共培养或体内植入后导电性能仍得到很好保持；克服表面氧化层造成的法拉第笼效应，作为电极能够产生稳定电场，提高了导电线路的功能性；方法步骤简便，易于操作，无需特殊仪器即可进行表面处理，并用于大规模制备功能性柔性线路；经过直接表面修饰或多重表面修饰的柔性可拉伸线路，可以广泛地用于与细胞或组织直接接触或间接接触的导电线路，用于组织工程、生物传感、光电材料等领域；能够快速实现工业级大规模制备，用于可穿戴电子设备，植入式医疗器械等领域。
Description
技术领域
本发明属于电子电路领域，具体涉及一种柔性可拉伸线路的表面修饰方法及其应用。
背景技术
随着生物科技发展，可穿戴设备及植入式柔性电子器件等得到很大的发展，但真正用于人体的可穿戴或植入设备受到了极大的技术局限。究其原因，现有的柔性电路，尤其是与细胞或组织直接接触作用的电路，不能提供足够好的生物(细胞/组织)相容性，导致其植入体内后由于局部环境恶化导致不能正常作用或对原有功能造成性能破坏。
我们提出了一种柔性可拉伸电线路及电路的制备方法与用途。该方法实质是即一种简单方便且万能的液态金属图案化技术，即可在各种各样的基底上简单快速地实现液态金属的图案化。该制备方法简便、快速且液态金属用量少，不需要额外的外力，且图案不产生裂纹，线宽可控，具有很高的分辨率，适于大规模生产。按照该方法制备的线路具有极好的柔性和可拉伸性能，且适用于各种线宽的电路(线宽最小能到1微米)。并且铟镓这两种液态金属元素的化合物有多种本身也是常用的高性能半导体材料，所以该制备方法可以延伸到各种半导体的制备。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种柔性可拉伸线路的表面修饰方法及其应用。
在阐述本发明内容之前，定义本文中所使用的术语如下：
术语“PDMS”是指：聚二甲基硅氧烷。本文中所述的“PDMS”溶液包括：预聚体与固化剂，比例为5:1～50:1。
术语“Smooth-on系列材料”是指：美国smooth-on公司开发并出售的一系列商用的硅胶、橡胶、树脂和聚氨酯等材料。如Smooth-on Ecoflex系列、Smooth-on Dragon Skin系列等。
术语“Smooth-on Ecoflex系列”是指：美国smooth-on公司开发并出售的一系列硅橡胶，包括Ecoflex 0010、Ecoflex 0020、Ecoflex 0030、Ecoflex0050等。固化后超级柔软、强韧、弹性极佳，不收缩。
术语“Smooth-on Dragon Skin系列”是指：美国smooth-on公司开发并出售的一系列硅橡胶，包括Dragon Skin 10、Dragon Skin 20、Dragon Skin30、Dragon Skin FX。固化后柔软，且具有高拉伸性和恢复性。
术语“PET”是指：聚对苯二甲酸乙二醇酯。
术语“高分子”是指：相对分子质量高于10000的分子。
术语“弹性体”是指：既具有柔性，又具有拉伸性能的柔软材料，如PDMS、Smooth-on系列材料等。
术语“原始图案层”是指：利用液态金属颗粒在基底材料上图案化的一层。
术语“Fibronectin”是指：纤维黏连蛋白；
术语“Collagen I/III”是指：胶原蛋白I/III；
术语“Laminin”是指：层粘连蛋白；
术语“Gelatin”是指：明胶；
术语“PLGA”是指：聚乳酸-羟基乙酸共聚物；
术语“PCL”是指：聚己内酯；
术语“PLCL”是指：聚乳酸-聚己内酯；
术语“PEIE”是指：乙氧基化聚乙烯亚胺。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种柔性可拉伸导电线路的制备方法，所述方法包括步骤：
1)、利用液态金属与挥发性液态溶剂混合超声，制备具有核壳结构的液态金属颗粒；
2)、使用以上步骤1)制备的液态金属颗粒，在选用的原始图案层材料上绘制上图案，待液态金属颗粒中的液体全部挥发后，留下液态金属颗粒组成的图案；
3)、在以上步骤2)得到的图案上浇注上高分子溶液，从而形成剥离层；
4)、待弹性预聚体凝固后或高分子溶剂挥发后，小心将高分子膜从基底上剥离，即得所述柔性可拉伸导电线路。
根据本发明第一方面的制备方法，其中：
步骤1)中所述液态金属选自以下一种或多种：镓、汞、镓铟合金、镓铟锡合金和铋锡铅铟合金，所述挥发性液态溶剂选自：室温下为液态的醇类物质、酮类物质或醚类物质；
步骤2)中所述绘制的方法选自以下一种或多种：手绘、漏字板、丝网印刷、喷墨打印和微流沟道填充；
步骤3)中所述高分子溶液选自：PDMS、改良后的PDMS、Smooth-on系列材料、PLGA、PCL、PLCL等可降解高分子溶液，优选地，PDMS预聚体与固化剂比例可为5:1～30:1，优选为5:1～25:1，更优选为10：1～20:1，最优选为10:1；改良后的PDMS各组分包括预聚体、固化剂、PEIE(乙氧基化聚乙烯亚胺)，比例为100:20:1～600:20:1，优选为200:20:1～600:20:1，更优选为200:20:1～400:20:1，最优选为200：20：1，Smooth–on AB组分比例为1:1～4:1，优选为1:1～3:1，更优选为1:1～2:1，最优选为1:1。
根据本发明第一方面的制备方法，所述方法还包括：
5)、对于步骤4)得到的柔性可拉伸导电线路进行直接表面修饰或者多重表面修饰，其中，所述直接表面修饰为直接进行表面生物活性物质修饰，所述多重表面修饰为先进行化学修饰再进行表面生物活性物质修饰；和/或
6)、利用高分子弹性体表面封装。
优选地，所述表面生物活性物质修饰包括：利用微流控技术，针对不同线路图案，设计适合线路的形状的微流控芯片，往芯片中加入细胞外基质蛋白、细胞/生物活性物质或生物活性药物进行局部表面修饰；和/或
所述化学修饰包括：利用无机盐与液态金属及表面氧化层反应，置换形成的纳米颗粒沉积在线路表面，形成数纳米至数微米厚度可控的表面金属层。
更优选地，所述细胞外基质蛋白选自以下一种或多种：纤维黏连蛋白、胶原蛋白I/III、层粘连蛋白和明胶；
所述细胞/生物活性物质选自以下一种或多种：DNA、RNA和蛋白；
所述生物活性药物选自以下一种或多种：雷帕霉素、依维莫司和紫杉醇；和/或
所述无机盐选自以下一种或多种：HAuCl4、AgNO3、CuCl2、HCl、Na2CO3和NaHCO3。
还优选地，所述高分子弹性体选自以下一种或多种：PET、聚二甲基硅氧烷和Smooth-on系列材料，优选地，所述Smooth-on系列材料选自Smooth-on Ecoflex系列和Smooth-on Dragon Skin系列。
本发明的第二方面提供了第一方面所述方法制得的柔性可拉伸导电线路。
本发明第三方面提供了一种植入式医疗器械，所述器械包括第二方面所述的可拉伸导电线路。
本发明第四方面提供了一种电刺激芯片/电极或电转染芯片/电极，所述芯片/电极第二方面所述的可拉伸导电线路。
本发明第五方面提供了一种穿戴电子设备，所述穿戴电子设备包括:
如本发明第二方面所述的可拉伸导电线路；或
如本发明第四方面所述的芯片/电极。
现结合本发明的构思，对本发明具体技术方案进一步阐述如下：
本发明的目的是对柔性导电线路进行改进，即对电路表面进行多种表面修饰，并展开相关生物应用。主要利用表面化学技术与微流控技术，对基于液态金属与高分子的柔性电路进行表面修饰，以完善其功能性，并提高其生物相容性。在此基础之上，展开相关生物应用。
1、柔性可拉伸线路制备
利用液态金属(主要包括：镓、汞、镓铟合金、镓铟锡合金、铋锡铅铟合金等低熔点的金属)与挥发性液态(主要是指低沸点溶剂如室温下为液态的醇类物质、酮类物质或醚类物质等)混合超声，制备具有核壳结构的液态金属颗粒。使用以上制备的液态金属颗粒，在选用的原始图案层材料上采用手绘、漏字板、丝网印刷、喷墨打印、微流沟道填充的方法绘制上图案。待液态金属颗粒中的液体全部挥发后，留下液态金属颗粒组成的图案，在图案上浇注上高分子溶液，如不同比例的PDMS、Smooth-on系列材料等，从而形成剥离层。液态的高分子能够部分渗入堆叠的液态金属颗粒的缝隙中，形成多孔的结构。剥离层的厚度由甩胶机甩胶的转速和时间决定。待弹性预聚体凝固后或高分子溶剂挥发后，小心将高分子膜从基底上剥离，剥离步骤能够使得液态金属交联，赋予图案极好的导电性。根据原始图案层与剥离层的亲和(附着)力的不同，原始图案层与剥离层上所形成的图案所含液态金属的量也不同。举例来讲，利用该方法可以大规模制备如图1所示的形状、厚度可任意调控的不同种类线路。
2、直接表面修饰及应用
直接表面修饰指的是利用微流控技术，针对不同线路图案，设计适合线路的形状的微流控芯片(图2)，往芯片中加入细胞外基质蛋白(如Fibronectin，Collagen I/III，Laminin,Gelatin等)、细胞/生物活性物质(如DNA,RNA,蛋白等)、或生物活性药物(如雷帕霉素、依维莫司、紫杉醇等)等物质进行局部表面修饰，以提高其生物相容性(图3)、线路稳定性，改善可降解性能等。
作为可拉伸导电线路用于植入体：经过直接表面修饰的线路可以用于导电作用，直接用于或者利用高分子弹性体表面封装(PET、不同比例的聚二甲基硅氧烷[PDMS]和Smooth-on系列材料[如Smooth-on Ecoflex系列，Smooth-on Dragon Skin系列])后用于植入体线路(图4)。
3、多重表面修饰
相对于直接表面修饰，多重表面修饰克服了上述线路的核壳结构表面导电性差所带来的“法拉第笼”效应。首先，利用HAuCl4、AgNO3、CuCl2、HCl、Na2CO3、NaHCO3等物质与液态金属及表面氧化层反应，置换形成的Au、Ag、Cu等纳米颗粒沉积在线路表面，形成数纳米至数微米厚度可控的表面金属层(图5)，从而使得表面导电性大大增强。进行上述化学修饰后，再进行表面生物活性物质修饰。
作为功能性线路用于植入体：经过多重表面修饰的线路，由于克服了“法拉第笼”效应，可以施加电场作用，用于电刺激芯片/电极或电转染芯片/电极，成功实现用于组织电刺激(图7)或电转染(基因转染/蛋白质转染)(图8)，性能稳定可靠。
本发明的柔性可拉伸线路的表面修饰方法可以具有但不限于以下有益效果：
1、明显提高导电线路细胞相容性与组织相容性；
2、明显提高导电线路与细胞/组织直接接触的线路稳定性，长时间细胞共培养或体内植入后导电性能仍得到很好保持；
3、克服表面氧化层造成的法拉第笼效应，作为电极能够产生稳定电场，提高了导电线路的功能性；
4、该方法步骤简便，易于操作，无需特殊仪器即可进行表面处理，并用于大规模制备功能性柔性线路；
5、经过直接表面修饰或多重表面修饰的柔性可拉伸线路，可以广泛地用于与细胞或组织直接接触或间接接触的导电线路，用于组织工程、生物传感、光电材料等领域；
6、能够快速实现工业级大规模制备，用于可穿戴电子设备，植入式医疗器械等领域。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1示出了本发明方法所使用的液态金属油墨及制备的柔性导电线路；
图2示出了本发明方法所使用的模具设计图、实物图及微流控芯片；
图3示出了采用本发明方法进行局部表面修饰后的微流控芯片，具体的来说，a为液态金属与PDMS交替的棋盘状图案；b为a的局部放大图；c为内皮细胞在液态金属上的粘附状态；d-f为c培养一周后利用细胞活死染色试剂盒得到的荧光共聚焦图案，细胞活性非常好；g-h为相对应d-f的三维重构荧光共聚焦图案；
图4示出了采用本发明方法进行表面封装前后的线路；
图5示出了采用本发明方法进行局部表面化学修饰前后的线路图；
图6示出了本发明实施例2制备的柔性导电线路；
图7示出了采用本发明方法制备的电刺激芯片/电极对大鼠淋巴结的电刺激；
图8示出了采用本发明方法制备的电转染芯片/电极对绿色荧光蛋白质粒DNA的递送与表达。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。
以下实施例中使用的试剂和仪器如下：
试剂：
PET购自美国Sigma Aldrich公司，PDMS、细胞培养皿购自Dow-corning公司，雷帕霉素、依维莫司、紫杉醇购自上海麦克林生化科技有限公司；
HAuCl4、AgNO3、CuCl2、HCl、Na2CO3、NaHCO3，购自美国Sigma Aldrich公司；
Fibronectin、Collagen I/III、Laminin、Gelatin，购自美国Sigma Aldrich公司；
DMEM、Opti-DMEM细胞培养液，购自美国life technologies公司；
成纤维细胞，购自美国ScienCell公司。
仪器：
真空烘箱，购自上海齐欣科学仪器有限公司、型号DZF-6020；烘箱，购自上海浦东荣丰科学仪器有限公司、型号DHG-9030A；超声波细胞破碎仪，购自必能信超声公司、型号S-450D；扫描电子显微镜，购自Hitachi、型号S4800；手动丝印台，购自广州君玉丝印器材、型号23*30cm；精密万用电表购自福禄克电子仪器仪表公司、型号8846A；动态机械分析仪，型号DMAQ800。压电喷头，购自日本Konica公司，型号KM512NX 35PL。高清视频显微镜optilia，购自瑞典optilia公司，型号M30X-E320。电穿孔仪，型号BTXECM830，购自美国BTX公司。细胞孵育箱，型号，购自Thermo 371，购自美国ThermoScientific公司。
实施例1
本实施例用于说明使用本发明方法制备的柔性可拉伸导电线路。
将1g液态铟镓共熔合金(EGaIn Ga 75.5％wt In 24.5％wt)置于1毫升正辛醇与丙三醇的混合溶液(体积比辛醇：丙三醇＝80:20)中，用超声波细胞破碎仪在30％的幅度下超声60s，得到灰色的液态金属的悬浊液，金属被分散成为无数微纳尺寸的小颗粒，小颗粒的平均粒径为1500nm。小颗粒的内核为液态的金属，外部被一层薄薄的氧化膜包裹。为了实现完全转移，选用PET薄膜为原始图案层，且按照PDMS预聚体：固化剂质量比为10:1的比例配置PDMS溶液。使用丝网印刷技术在PET薄膜上制得了500微米的线宽(图5)的电极图案，并用高清视频显微镜测量了其宽度。将图案置于烘箱中80摄氏度烘干30min。将PDMS溶液浇注至PET薄膜上的图案上方，在真空烘箱中脱气泡10min，置于甩胶机中以500rpm的转速甩胶60s，得到220微米PDMS的厚度。然后置于80摄氏度烘箱中固化30min。当PDMS固化后，小心将PDMS从原始图案层(PET薄膜)上剥离下来。这样，液态金属构成的图案便转移到PDMS上，且具有了良好的导电能力,得到柔性可拉伸导电线路。
实施例2
本实施例用于说明使用本发明方法制备的柔性可拉伸导电线路。
将1g液态铟镓共熔合金(EGaIn Ga 75.5％wt In 24.5％wt)置于1毫升正辛醇与丙三醇的混合溶液(体积比辛醇：丙三醇＝80:20)中，用超声波细胞破碎仪在30％的幅度下超声20min，得到灰色的液态金属的悬浊液，金属被分散成为无数微纳尺寸的小颗粒，小颗粒的平均粒径为800nm。小颗粒的内核为液态的金属，外部被一层薄薄的氧化膜包裹。为了实现完全转移，选用PET薄膜为原始图案层，且按照PDMS预聚体：固化剂质量比为10:1的比例配置PDMS溶液。使用丝网印刷技术在PET薄膜上制得了200微米的线宽(图6)的电极图案，并用高清视频显微镜测量了其宽度。将图案置于烘箱中80摄氏度烘干30min。将PDMS溶液浇注至PET薄膜上的图案上方，在真空烘箱中脱气泡10min，置于甩胶机中以2000rpm的转速甩胶120s，得到50微米PDMS的厚度。然后置于80摄氏度烘箱中固化30min。当PDMS固化后，小心将PDMS从原始图案层(PET薄膜)上剥离下来。这样，液态金属构成的图案便转移到PDMS上，且具有了良好的导电能力,得到柔性可拉伸导电线路。
实施例3
本实施例用于说明使用本发明方法对柔性可拉伸导电线路的直接表面修饰。
利用微流控技术，针对不同线路图案，设计适合线路的形状的微流控芯片(图2)，往芯片中加入1ml浓度为1mg/ml的Fibronectin溶液，覆盖拉伸线路表面，并在37℃孵育箱中孵育4小时后取出，用pH为7.4的PBS溶液温和地清洗1次，即可直接用于种植细胞。经过表面修饰的拉伸导电线路，展现出良好的生物相容性，细胞可以很好地粘附在其表面，并在培养7天后仍保持良好活性(图3)。
实施例4
本实施例用于说明使用本发明方法对柔性可拉伸导电线路的直接表面修饰。
利用微流控技术，针对不同线路图案，设计适合线路的形状的微流控芯片，往芯片中加入2ml浓度为1mg/ml的Fibronectin溶液，覆盖拉伸线路表面，并在37℃孵育箱中孵育6小时后取出，用pH为7.4的PBS溶液温和地清洗1次，即可直接用于种植细胞。经过表面修饰的拉伸导电线路，展现出良好的生物相容性，细胞可以很好地粘附在其表面，并在培养7天后仍保持良好活性。
实施例5
本实施例用于说明使用本发明方法对柔性可拉伸导电线路的多重表面修饰。
将实施例1中制得的拉伸导电线路置于50ml浓度为0.01mol/L的HAuCl4溶液中，浸泡3分钟后取出；在该过程中，HAuCl4与液态金属及表面氧化层反应，置换形成的Au纳米颗粒沉积在线路表面，形成数纳米至数微米厚度可控的表面金属层(图5)，从而使得表面导电性大大增强。接下来，将上述处理后的样品在50ml浓度为0.1mol/L的NaHCO3溶液中，继续浸泡3分钟后取出；在该过程中，NaHCO3与样品中残留的HAuCl4发生反应，将其除去。接下来将上述处理后的样品置于含有2L高纯水的烧杯中，低速搅拌4小时以上，每小时换水一次；在该过程中，样品中残留的无机盐将被绝大部分除去。进行上述化学修饰后，再进行表面生物活性物质修饰，修饰方法同实施例2。
实施例6
本实施例用于说明本发明提供的高分子弹性体表面封装方法。
将实施例1中得到的柔性导电线路的液态金属面朝上，按照PDMS预聚体：固化剂质量比为10:1的比例配置PDMS溶液，用预先配置的PDMS溶液对柔性线路进行浇筑，并在真空烘箱中脱气泡10min，置于甩胶机中以500rpm的转速甩胶60s，得到总厚度为450微米封装体。然后置于80摄氏度烘箱中固化30min，固化后按照线路需要，对封装后的导电线路进行切割，即完成了高分子弹性体对表面的封装(图4)。
实施例7
本实施例用于说明本发明提供的电刺激芯片/电极的制备方法。
预先用CAD软件设计一定的芯片/电极图案，并加工对应的丝网印刷模板，使用丝网印刷技术在PET薄膜上制得了如图7所示的电极图案。将图案置于烘箱中80摄氏度烘干30min。将PDMS溶液浇注至PET薄膜上的图案上方，在真空烘箱中脱气泡10min，置于甩胶机中以1000rpm的转速甩胶60s，得到80微米PDMS的厚度。然后置于80摄氏度烘箱中固化30min。当PDMS固化后，小心将PDMS从原始图案层(PET薄膜)上剥离下来。这样，液态金属构成的图案便转移到PDMS上，且具有了良好的导电能力。对上述样品进行裁剪，并利用实施例2中所述方法，进行直接表面修饰，得到如图7所示的柔性可拉伸芯片/电极，用于淋巴结电刺激。
实施例8
本实施例用于说明本发明提供的电转染芯片/电极的制备方法。
预先用CAD软件设计一定的芯片/电极图案，并加工对应的丝网印刷模板，使用丝网印刷技术在PET薄膜上制得了如图5所示的电极图案。将图案置于烘箱中80摄氏度烘干30min。将PDMS溶液浇注至PET薄膜上的图案上方，在真空烘箱中脱气泡10min，置于甩胶机中以1000rpm的转速甩胶60s，得到80微米PDMS的厚度。然后置于80摄氏度烘箱中固化30min。当PDMS固化后，小心将PDMS从原始图案层(PET薄膜)上剥离下来。这样，液态金属构成的图案便转移到PDMS上，且具有了良好的导电能力。对上述样品进行裁剪，并利用实施例5中所述方法，进行多重表面修饰，得到如图5所示的柔性可拉伸芯片/电极，大大增强了表面导电性，并用于细胞绿色荧光蛋白质粒DNA电转染实验，并成功实现绿色荧光蛋白质粒DNA递送与表达(图8)。
试验例1
本试验例用于说明本发明制备的电刺激芯片/电极用于电刺激大鼠淋巴结。
首先，将体重为300g大鼠提前注射2ml质量比为0.5％的戊巴比妥溶液麻醉，大约15分钟后，大鼠进入完全麻醉状态。接着，利用预先消毒的手术刀打开大鼠腋下皮肤层，找到淋巴结部位。然后，将实施例6中制备的柔性电刺激芯片的两个半圆状电极紧贴淋巴结，将芯片的另一端分别连接电穿孔仪的正负极，并实施电刺激，电压为100V，电压脉冲脉宽为100ms，脉冲间隔1s，持续6次。术后，进行消毒缝合，正常喂养，1周后检测淋巴结相关生理指标变化。
试验例2
本试验例用于说明本发明制备的电刺激芯片/电极用于实现基因转染。首先，将实施例8中制备的电转染芯片置于细胞培养皿中，加入预先准备的含有成纤维细胞的DMEM细胞培养液，置于37℃细胞孵育箱中培养3天，待细胞融合度达到80～90％以上后，对其进行电转染实验。首先，先用pH为7.4的PBS溶液将上述已覆盖成纤维细胞的芯片清洗3次，弃去PBS溶液。然后，在电极上方加入2ml预先配置的绿色荧光蛋白质粒DNA溶液，浓度为40ug/ml，室温孵育5分钟。接着，将芯片连接电穿孔仪的正负极(图8)，实施电刺激，电压为80V，电压脉冲脉宽为100us，脉冲间隔1s，持续5次。实施完电刺激后，将上述电极置于新的细胞培养皿中，加入15ml专门用于电转染细胞培养的Opti-DMEM溶液，置于37℃细胞孵育箱中正常培养24小时后，利用共聚焦显微镜进行绿色荧光蛋白表达情况的观察，结果显示绿色荧光蛋白成功转染并表达，转染效率在95％以上(图8)。
尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。
Claims (10)
1.一种柔性可拉伸导电线路的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
1)、利用液态金属与挥发性液态溶剂混合超声，制备具有核壳结构的液态金属颗粒；
2)、使用以上步骤1)制备的液态金属颗粒，在选用的原始图案层材料上绘制上图案，待液态金属颗粒中的液体全部挥发后，留下液态金属颗粒组成的图案；
3)、在以上步骤2)得到的图案上浇注上高分子溶液，从而形成剥离层；
4)、待弹性预聚体凝固后或高分子溶剂挥发后，小心将高分子膜从基底上剥离，即得所述柔性可拉伸导电线路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤1)中所述液态金属选自以下一种或多种：镓、汞、镓铟合金、镓铟锡合金和铋锡铅铟合金，所述挥发性液态溶剂选自：室温下为液态的醇类物质、酮类物质或醚类物质；
步骤2)中所述绘制的方法选自以下一种或多种：手绘、漏字板、丝网印刷、喷墨打印和微流沟道填充；
步骤3)中所述高分子溶液选自以下一种或多种可降解高分子溶液：PDMS、掺入PEIE的PDMS、Smooth-on系列材料、PLGA、PCL和PLCL。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
5)、对于步骤4)得到的柔性可拉伸导电线路进行直接表面修饰或者多重表面修饰，其中，所述直接表面修饰为直接进行表面生物活性物质修饰，所述多重表面修饰为先进行化学修饰再进行表面生物活性物质修饰；和/或
6)、利用高分子弹性体表面封装。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述表面生物活性物质修饰包括：利用微流控技术，针对不同线路图案，设计适合线路的形状的微流控芯片，往芯片中加入细胞外基质蛋白、细胞/生物活性物质或生物活性药物进行局部表面修饰；和/或
所述化学修饰包括：利用无机盐与液态金属及表面氧化层反应，置换形成的纳米颗粒沉积在线路表面，形成数纳米至数微米厚度可控的表面金属层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
所述细胞外基质蛋白选自以下一种或多种：纤维黏连蛋白、胶原蛋白I/III、层粘连蛋白和明胶；
所述细胞/生物活性物质选自以下一种或多种：DNA、RNA和蛋白；
所述生物活性药物选自以下一种或多种：雷帕霉素、依维莫司和紫杉醇；和/或
所述无机盐选自以下一种或多种：HAuCl4、AgNO3、CuCl2、HCl、Na2CO3和NaHCO3。
6.根据权利要求3-5任一项所述的方法，其特征在于，所述高分子弹性体选自以下一种或多种：PET、聚二甲基硅氧烷和Smooth-on系列材料，优选地，所述Smooth-on系列材料选自Smooth-on Ecoflex系列和Smooth-onDragon Skin系列。
7.根据权利要求1-6中任一项所述方法制得的柔性可拉伸导电线路。
8.一种植入式医疗器械，其特征在于，所述器械包括如权利要求7所述的可拉伸导电线路。
9.一种电刺激芯片/电极或电转染芯片/电极，其特征在于，所述芯片/电极包括如权利要求7所述的可拉伸导电线路。
10.一种穿戴电子设备，其特征在于，所述穿戴电子设备包括:
如权利要求7所述的可拉伸导电线路；或
如权利要求9所述的芯片/电极。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110251125A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-09-20 | 南方科技大学 | 一种柔性可拉伸神经电极及其制备方法和应用 |
| CN111934030A (zh) * | 2020-07-25 | 2020-11-13 | 浙江理工大学 | 柔性平面微型储能器件及其制备方法 |
| CN115433379A (zh) * | 2022-08-12 | 2022-12-06 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 一种具有高可拉伸性的柔性导体及其制备方法 |
| WO2022263932A1 (en) * | 2021-06-18 | 2022-12-22 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Skin-adherent, ultra-stretchable, and conformal wearable electrocardiographic device and fabrication method |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111760190B (zh) * | 2020-06-30 | 2024-06-07 | 南方科技大学 | 一种可降解外支架及其制备方法和应用 |
| CN113171094B (zh) * | 2021-04-30 | 2022-05-24 | 华中科技大学 | 人体情绪状态信息柔性检测电路、制备方法和集成系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105592640A (zh) * | 2014-10-22 | 2016-05-18 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种柔性印制电路的制备方法 |
| CN106252236A (zh) * | 2015-06-10 | 2016-12-21 | 全南大学校产学协力团 | 可伸缩电路基板及其制作方法 |
| WO2017001978A1 (en) * | 2015-06-29 | 2017-01-05 | Letizia Marco | Stretchable electronics for dentistry applications and method of making the same |
| CN106455309A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-02-22 | 广东科翔电子科技有限公司 | 一种表面修饰多孔金属的线路板及其制备方法 |
| KR101741236B1 (ko) * | 2016-08-25 | 2017-05-29 | 김동민 | 유연성 기판의 전처리 및 인쇄 방법 및 이를 위한 시스템 |
| CN108668431A (zh) * | 2017-03-28 | 2018-10-16 | 国家纳米科学中心 | 柔性可拉伸导电线路及电路的制备方法与用途 |
-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105592640A (zh) * | 2014-10-22 | 2016-05-18 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种柔性印制电路的制备方法 |
| CN106252236A (zh) * | 2015-06-10 | 2016-12-21 | 全南大学校产学协力团 | 可伸缩电路基板及其制作方法 |
| WO2017001978A1 (en) * | 2015-06-29 | 2017-01-05 | Letizia Marco | Stretchable electronics for dentistry applications and method of making the same |
| KR101741236B1 (ko) * | 2016-08-25 | 2017-05-29 | 김동민 | 유연성 기판의 전처리 및 인쇄 방법 및 이를 위한 시스템 |
| CN106455309A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-02-22 | 广东科翔电子科技有限公司 | 一种表面修饰多孔金属的线路板及其制备方法 |
| CN108668431A (zh) * | 2017-03-28 | 2018-10-16 | 国家纳米科学中心 | 柔性可拉伸导电线路及电路的制备方法与用途 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| LIN, Y ET AL: ""Handwritten, Soft Circuit Boards and Antennas Using Liquid Metal Nanoparticles"", 《MATERIAL VIEWS》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110251125A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-09-20 | 南方科技大学 | 一种柔性可拉伸神经电极及其制备方法和应用 |
| CN111934030A (zh) * | 2020-07-25 | 2020-11-13 | 浙江理工大学 | 柔性平面微型储能器件及其制备方法 |
| WO2022263932A1 (en) * | 2021-06-18 | 2022-12-22 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Skin-adherent, ultra-stretchable, and conformal wearable electrocardiographic device and fabrication method |
| CN115433379A (zh) * | 2022-08-12 | 2022-12-06 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 一种具有高可拉伸性的柔性导体及其制备方法 |
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