韩国团队研发可自愈可重组柔性半导体器件 为可穿戴与植入医疗打开新路径

现有柔性电子器件的核心难题于耐久性不足;受机械疲劳、外部冲击和环境侵蚀影响,传统柔性电子元件一旦受损,往往会逐步失效,最终只能整体更换。这在很大程度上限制了柔性电子在医疗、可穿戴等场景的落地应用。韩国研究团队通过材料创新尝试突破此瓶颈。他们以兼具绝缘性和生物相容性的自愈聚合物为基础材料,用于构建晶体管电极、半导体层、绝缘膜等关键组件。这类自愈合高分子具有特定分子结构,使器件受损后可恢复机械与电气性能,从而维持长期稳定运行。成均馆大学电子电气工程系教授孙东熙表示,该技术首次将自愈合能力从单一器件扩展到模块化电路系统层面。研究团队还设计了标准化的自愈合晶体管、触觉传感器和微型发光单元,可像“电子乐高”一样拆装重组,按需搭建传感器阵列、逻辑电路甚至简易显示系统。当某个模块性能明显下降时,可通过即插即用方式拆卸更换,提升系统维护效率与使用灵活性。该技术在复杂环境中的适应性尤为突出。传统柔性电子元件在水或体液中容易出现性能衰减,而这种自愈型半导体植入动物体内后仍可稳定工作一周以上,电学特性未见明显退化,并已通过活体实验验证。这为其在医疗场景中的应用提供了依据。医疗健康领域被认为是其重要方向。在神经科学和临床医学中,可望用于开发高密度生物信号接口设备,监测并处理大脑、脊髓、外周神经及心脏组织的信号,应用于脑神经疾病干预、心律调控以及器官移植后的长期监测等。在可穿戴设备上,新一代电子皮肤有望更贴合、更耐用,并可随用户活动或环境变化调整电路结构,推动个性化智能系统的发展。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员张珽指出,随着人形机器人等具身智能技术升温,柔性触觉传感器、柔性生理电电极等器件将深入发展并走向规模化应用。此次韩国团队受人体皮肤这一天然“柔性器件”启发,研制出可拉伸、可重组、可自动修复的模块级柔性电子系统,在复杂环境中表现出较强适应性,为拓展柔性电子应用边界提供了技术路径。从可持续发展角度看,这类器件具备一定优势:受损后可自我修复,减少更换频率,有助于降低电子垃圾产生,也可能减少部分医疗使用成本。尽管如此,产业化仍面临多项挑战。孙东熙指出,首先需要提升电气性能,尤其是提高半导体载流子迁移率与电极导电性,以支撑高速电路;其次要优化制造工艺,使实验室方案能够转向标准化、低成本的规模生产;第三是进一步验证材料在人体内的长期生物相容性与安全性,动物实验虽取得积极结果,但面向人体应用仍需更系统、更长期的临床评估。

这项源自仿生学的创新带来一个启示:突破往往来自学科交叉;当材料科学家从人体组织中寻找自我修复机制,当电子工程师借鉴生物系统的模块化结构,技术迭代就有了新的方向。“向自然学习”的研发思路,或许能为破解柔性电子等领域的关键瓶颈提供更多可能。