将软性电子器件无形变无损伤地转移到高度弯曲且脆弱的生物表面

在身体弯曲处也能弯曲的电子器件

想象一种薄如创可贴的电子贴片，能平滑包裹在指关节、蘑菇菌盖，甚至生鸡蛋蛋黄表面，而不会撕裂或压伤下方组织。该研究提出了一种新的方法，将此类脆弱的软性电子器件从平坦的工厂晶圆转移到高度弯曲且脆弱的表面，为更舒适的健康监测和可安全接触活体组织的传感器开辟了道路。

芯片与皮肤之间的温柔帮手

软性健康电子在紧贴身体时表现最佳，因为良好的接触能提升信号质量与佩戴舒适度。然而，芯片和连线通常在刚性、平整的晶圆上制造，而真实的解剖结构则凹凸不平、可拉伸且有时非常脆弱。现有的转移方法常需加热、强力粘合剂或刚性支撑，这可能拉伸电子器件、导致错位或对组织施加过大压力。研究人员着手开发一种像谨慎中间人一样的转移介质：足够坚固以固定和定位器件，但又足够柔软和可适应以在不造成损害的情况下贴合复杂形状。

需要时像固体的流体

团队开发了他们称为 DAYS 流体的材料，由水与微小、兼容生物的二氧化硅颗粒混合制成。在静止时，这些颗粒相互连接，使流体表现得像一种软固体，能够支撑超薄电子网格而不发生漂移或下垂。当施加微小机械应力时，颗粒网络松动，材料便像液体一样流动，填充弯曲或起皱表面的凹凸不平之处。关键在于这种相变发生在极低的应力水平，远低于会破裂生蛋黄或刺激人体皮肤的压力，因此即使是非常脆弱的基底也能保持完整。

让流体流动而器件保持静止

将电子器件转移到复杂表面的主要挑战之一是载体在变形时往往会拖拽器件，拉伸或压曲微小导线。DAYS 流体经过调谐，使其内部流动阻力非常低。这意味着流体可在不将显著力传递给表面电子薄膜的情况下滑动和重新塑形。在圆锥形、透镜状、关节以及高度不规则物体上的实验表明，当流体被调节为较低粘度时，电子器件的应变几乎可以忽略。计算机模拟也支持这一点，显示低粘度介质向器件传递的应力远低于诸如融化糖等较厚载体。使用 DAYS 流体，电子器件可以平滑铺展在手指关节、粗糙岩石、皱缩的干果、带倒剖的蘑菇菌盖以及柔软的蛋黄上，而无明显变形或损伤。

用水实现无残留脱离

在放置过程中固定电子器件只是问题的一半；载体还必须在不留下粘性残留的情况下脱离。DAYS 流体通过一种利用纯水的粘附切换技巧解决了这一点。当水到达流体与器件或基底之间的边界时，它削弱了二氧化硅网络的抓持力并起到微观润滑剂的作用。结果是流体的抓持力降至近乎为零，它可以在轻微运动下滑落或滚离，留下牢固附着的电子器件且表面保持清洁。这种行为在多种常见软电子材料上都表现一致，且仅在选择的成分与溶剂不会引起基底膨胀或损伤时有效。

从实验室概念到可弯曲的手指

为证明此方法在真实情境中的可行性，研究人员构建了一个可转移到指关节表面的柔性无线温度传感器阵列。使用 DAYS 流体，该传感器紧密包裹在关节的紧曲面上并在手指弯曲、打字或抓握攀岩把手时保持就位。读数保持稳定和准确，不像基于相机的红外热成像那样受运动、观察角度和距离影响。该贴合式传感器检测到与特定手指过度使用相关的细微温度升高，而使用较厚流体固定的版本则给出嘈杂且不可靠的信号。对生菜叶和橙皮等的类似转移表明，同一方法可用于极为柔软和粗糙刚性的天然表面。

这对未来可穿戴技术意味着什么

简单来说，研究表明一种精心设计的基于水的“智能流体”可以安全地从平坦晶圆上提起软性电子器件，将它们携带到生物体上最具挑战性的形状上，然后无痕地撤离。由于避免了高温和高压，这一方法可帮助工程师将传感器和电路放置到过去因过于脆弱或弯曲难以处理的身体区域、植物或软体机器人上。这为更舒适的医疗可穿戴设备、改进的组织健康监测工具以及能在或体内长期使用的柔性器件铺平了道路，降低了损伤风险。

引用: Song, K.M., Chung, MK., Jung, J. et al. Deformation- and damage-free transfer of soft electronics onto highly curved and fragile biological surfaces. Nat Commun 17, 4448 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70948-5

关键词: 软性电子, 可穿戴传感器, 屈服应力流体, 生物表面, 转印技术