加州大學洛杉磯分校的研究人員已經開發出一種獨特的超薄膜設計，用于高度靈活但機械堅固的生物電子膜，可以為精確貼合身體輪廓并符合身體運動的診斷皮膚傳感器鋪平道路。

《科學》雜志最近發表了一篇論文，描述了由化學和生物化學教授段祥峰共同領導的研究；加州大學洛杉磯分校薩繆里工程學院材料科學與工程系教授兼系主任黃宇。

由范德華力結合在一起，分子間的相互作用只能在原子或分子之間的極近距離內發生，這種膜是可拉伸的，可適應動態變化的生物基質，同時對水和空氣具有透氣性和滲透性中國玻璃網meesm.com。耐用電子材料的進步可能會導致用于醫學、保健、生物學、農業和園藝的非侵入性電子產品的發展。研究人員將這種材料命名為范德華薄膜（VDWTF），它可以作為生物體采用電子能力的基礎平臺。

“從概念上講，這種薄膜就像一個更薄的廚房保鮮膜，具有出色的半導體電子功能和不同尋常的拉伸性，可以自然地適應具有高度共形界面的軟生物組織，”段說?！八梢蚤_辟各種強大的傳感和信號應用。例如，用這種材料制造的可穿戴健康監測設備可以準確地跟蹤有機體水平或單個細胞水平的電生理信號?！?/p>

研究人員使用這些薄膜進行了幾次演示，包括一個位于多肉植物葉子頂部的晶體管，其豐富的電解質被用于創建電子電路。他們還為人體皮膚制造了一種類似的晶體管，該晶體管使用存在電解質的皮膚細胞來完成電路。此外，該團隊還開發了一種心電圖，它使用放置在人的左右前臂上的小圓圈薄膜，可以檢測到他們在冥想期間的眨眼。

“我們使用范德華薄膜的概念驗證演示確實暗示了這種新材料的無數可能性，”黃說?！霸撃た梢宰鳛槿藱C界面、增強型機器人技術和直接連接的人工智能技術的連接。這可以為合成電子-細胞混合體開辟一條途徑——具有電子增強功能的類似半機械人的生物體?！?/p>

這種超薄的、大約 10 納米尺寸的電子膜由幾層原子級薄片的無機化合物二硫化鉬制成。每張薄片只有兩到三納米厚——比人類頭發的直徑薄 10,000 多倍。

保持膜結構完整性同時保持其薄度的關鍵在于其獨特的分層拼湊結構。這些層不是單個連續的片材，而是更小塊的組合。

這些層不是通過剛性共價鍵固定在適當的位置，而是通過非鍵合范德華力松散連接。這使得紙張可以相互獨立滑動和旋轉，創造非凡的柔韌性，同時保持其電子功能完好無損。

該設計還使膜能夠在不規則的幾何形狀上拉伸和彎曲。薄膜可以在其微米級拓撲結構上緊密貼合地粘附在軟生物組織上，與動態變化的生物基質（如皮膚）無縫融合并主動適應，而不會撕裂或干擾膜的功能。

分層拼湊創造了一個納米通道的滲透網絡，足夠大，空氣和水分子可以通過它們，使材料具有滲透性和透氣性。

憑借其高電子性能和延展性的不同尋常的組合，范德華薄膜解決了其他生物電子薄膜候選者（例如無機膜或有機薄膜）提出的許多挑戰。這些替代品受限于它們的厚度、缺乏可拉伸性、與不規則的生物表面幾何形狀融合的不相容性，或者它們在潮濕的生物環境中的性能不佳。

該論文的其他作者均來自加州大學洛杉磯分校，分別是段氏課題組的嚴卓成、林兆陽、王佩琪、曹博成、任華英、宋偉和王成章；黃氏課題組的徐東、王來元、周景軒；以及生物工程研究生Xun Zhao和他的導師、加州大學洛杉磯分校薩繆里分校生物工程助理教授Jun Chen。

Duan 和 Huang 都是加州大學洛杉磯分校加州納米系統研究所 (CNSI) 的成員。

該研究得到了加州大學洛杉磯分校物理科學創業與創新基金的支持，并得到了 CNSI 貴族家庭創新基金的額外支持。作者感謝加州大學洛杉磯分校電子成像中心和加州大學洛杉磯分校納米電子研究設施的技術支持。

加州大學洛杉磯分校技術開發小組已經申請了這項技術的專利。