想象一下使用一种薄而隐蔽的可穿戴设备，几乎感觉不到你在佩戴它。如今，塔夫茨大学(Tufts University)的工程师们已经创造出了可以做到这一点的柔性电子产品。这些设备由基于线状的集成电路制成，可以弯曲、盘绕、拉伸并贴合身体的轮廓和运动，设计为自由形态存在，可以缝入衣物或包裹在弯曲和可移动的表面上。
这类设备可佩戴在身体上或附着在皮肤上，能够跟踪各种生物标志物或环境条件，而人工智能驱动的应用程序能够将产生的数据合成为对健身、医疗保健以及从伤病中恢复有用的见解。
为实现这一目标，乔恩·A·利维工程学院(Jon A. Levy School of Engineering)教授Sameer Sonkusale和他的同事们，包括E Ink工程学教授Matt Panzer，将复杂集成电路的每个组件——从晶体管到传感器——都制成了线状形式。这些设备发表在《ACS应用材料与界面》(ACS Applied Materials & Interfaces)杂志上。
融入日常生活的可穿戴设备
像智能手表和智能戒指这样的可穿戴设备很受欢迎——超过三分之一的美国成年人使用它们——许多设备提供健康追踪功能。基于线状的集成电路可以帮助使可穿戴健康监测器更加舒适和隐蔽，融入衣物、软接口或随身体自然运动的皮肤接触线中。
其他健康相关应用可能包括用于跟踪伤口愈合的缝合线，或监测认知能力下降、老年人跌倒风险和婴儿呼吸的运动指标。
Sonkusale表示："通过将电子产品从平面贴片转变为自由形态的线状结构，我们开辟了一条通往更像纤维而非硬件的可穿戴生物电子产品的道路。它们将柔软、可拉伸，并能够跟随身体的形状，而不是强迫身体去适应设备。它们甚至可能被用作缝合线来监测体内的过程。"
研究人员展示了能够放大来自敏感传感器信号的电路，并作为可穿戴监测的概念验证，他们创建了一种可以放置在太阳穴上检测眨眼的设备，以及另一种放置在横膈膜附近检测呼吸模式和速率变化的设备。这些演示表明，该技术有朝一日可以支持用于监测健康、压力和其他状况的软性可穿戴系统。
塔夫茨大学电气工程博士生、该研究的主要作者Wenxin Zeng表示："该技术平台仍处于早期阶段。但我们期望提高制造的速度和精度，以及基于线状的集成电路执行更复杂功能的能力。"
保持电路灵活性的凝胶
贯穿设备电路的是涂有金的细线。微型、完全柔性的晶体管——任何数字设备的基础——附着在线上，其中包括一种导电的类塑料材料，连接进出晶体管的金线。晶体管中的电子流可以像水龙头一样打开和关闭，这取决于控制"栅极"的第二电流，该栅极就像一个阀门。
使线状设备成为可能的一项重要创新是被称为低共熔凝胶(eutectogel)的东西。这种凝胶可以帮助在电子线的两端之间创建不到一毫米的间隙，在基于线状的电阻器、电容器、传感器或其他组件中控制电子流。其他人使用过水凝胶来连接导线，但水凝胶可能会干涸。相比之下，低共熔凝胶稳定、柔软，并与身体内外的接触兼容。
低共熔凝胶还赋予晶体管"自修复"能力。如果凝胶断裂，研究人员表明，将碎片重新拼合并施加温和的热量可以恢复其机械和电气功能。线本身如果被切断则无法修复，但凝胶组件可以重新连接。
与需要光刻——在表面上沉积图案化材料层——或高温处理的传统集成电路不同，它们的制造不需要洁净室，使这种方法更兼容软聚合物和类似纺织品的材料，并能够通过低成本制造进行开发。
出版信息：
Wenxin Zeng等人，《使用有机低共熔凝胶门控电化学晶体管在单线上实现自由形态三维集成电路》，《ACS应用材料与界面》(2026)。DOI: 10.1021/acsami.5c25103
期刊信息：
《ACS应用材料与界面》(ACS Applied Materials and Interfaces)
关键概念：
半导体器件制造(Semiconductor device fabrication)、可拉伸生物电子学(Stretchable bioelectronics)
提供方：塔夫茨大学(Tufts University)
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