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@美国四院院士的四小时工作法 | Rogers专访( 三 )


无机柔性电子中也存在各种材料科学基础问题：如你所说的界面失效与断裂的力学问题以及粘附等 。 基于成熟的无机材料 ， 当前我们就可以制备出具有功能的柔性电子器件 ， 用于解决现有临床医学与健康医疗领域的难题与挑战 。 选择无机材料具有很强灵活性 ， 我们既可以研究材料科学的基础问题 ， 还可以制备具有实际功能的原型器件用于未知医学问题的研究 。 一方面我们可以做基础研究 ， 另一方面可以研究一些更高层次的系统级别问题 ， 比如利用器件与大脑或心脏的界面来研究神经科学与心脏内科学 。 而有机柔性电子技术还处于基础材料科学的研究阶段 ， 还不具备系统工程级别的成熟度来实现这个层面的研究 。

@美国四院院士的四小时工作法 | Rogers专访
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Q: 无机柔性电子已经发展了10多年 ， 它已经形成了一套独特的力学结构设计策略、转印制备方法 。 您认为在未来发展中 ， 它最大的挑战是什么？
我们可以列举一些挑战 。 具体的挑战取决于你设想的应用场景 。 我们在柔性电子领域的大多数研究都涉及在生物医学器件的背景下如何将电子技术与生物学相结合 ， 从而促进人体健康 。 这个应用场景下存在的挑战包括：如何理解人造系统与生物系统之间的界面接口 ， 如何在基于电子流的电子器件系统和基于离子流的生物系统之间实现信息交互 ， 如何进行系统设计 ， 如何理解里面存在的材料科学基础问题 。 对于柔性电子来说这是一个科学前沿问题 ， 同时也是我们感兴趣的应用问题 。 这是挑战之一 。
还有一些工程性更强 ， 也同样重要的问题 。 比如 ， 当你有一个核心柔性电子器件 ， 如何构建起相应的系统使得它可以集成到像心脏或大脑这样的曲面体表面 。 再比如 ， 对于长期植入电子器件 ， 你需要思考如何防止生物液体浸入器件的有效功能电路 。 我们不能像处理心脏起搏器一样 ， 把它装进一个金属盒子里 ， 那样不仅会破坏器件本身柔性 ， 还会丧失它与生物组织的集成顺应性与保形性 。 此时 ， 需要开发能以薄膜柔性形式与生物组织集成 ， 同时还兼具完美防水性的材料 。 对于需要长期植入的柔性电子器件 ， 这是极具挑战性的材料的问题 。 另外 ， 还有一些更高思考层面的类似问题：人造系统与生物系统相结合时首要考虑因素是什么 ， 如何让它们两者之间进行交流与互动 ， 以达到提升健康状态的目的 。
Q: 您认为该领域下一个突破口可能在哪？
下一个突破口将是开发一种交互系统 ， 不是简单地与生物进行单向交互 ， 而是在一个紧密反馈闭环中运行 。 因此 ， 你可以想象一下这样一类增强器官系统健康状况的器件 ， 它们工作基于传感器对于器官生理状态的监测与反馈 ， 我们想把这类器件归于生物电子医学这一更广泛的术语概念 。 在这个圈子里不仅只有我们柔性电子技术对它感兴趣 ， 各种别的技术也想涉入该领域的研究 。 所以 ， 你可以想象将这样一个器件贴在骨盆神经上来监测膀胱功能 。 器件上的一系列应变传感器保形地贴合在膀胱表面 ， 监测膀胱是充盈还是排空状态 ， 并将信息传回器件 ， 形成一个自反馈的控制闭环 。 这种具有自反馈的功能性生物电子器件是一个非常有意思的研究方向 ， 它兼具有趣的科学问题与工程挑战 ， 也是我们正在努力的方向 。
Q: 最近关于物联网的讨论很热 ， 而您的研究大多针对医学场景 ， 请问您有考虑未来朝物联网方向结合么？
我认为将柔性电子应用到物联网是很容易的 。 我们的研究不仅含有能与生物器官相结合的电子器件 ， 还包括生物/环境可降解的瞬态电子器件 。 后者就与物联网相关 。 我们可以想象未来人能接触到的家里所有物体与结构都内嵌有各种各样的传感器 。 接着就会出现很自然的问题：这些数以十亿计的无线电子器件终将进入自然环境 ， 它的工作寿命是多长？随着时间的推移 ， 它们会发生什么变化？会简单堆积然后产生难以治理的有毒物质？还是利用可降解材料使它们可以在丧失功能后在环境中自然降解消失 ， 不造成负面影响？所以 ， 目前我们所研究的某些器件 ， 虽然初衷是建立在临床医学应用上 ， 但将其用于新型电子技术领域如物联网 ， 也是可行的 。 生物/环境可降解电子器件就是一个跟物联网相关的学科交叉例子 。


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