理大研發液態金屬微電極 具柔軟、透氣、可拉伸優點 可用於植入式生物電子裝置

植入式生物電子裝置可以緊貼皮膚，甚至是放入人體，相信將在未來被廣泛應用於不同領域，例如醫療科技，甚或是新興的擴增實境技術。香港理工大學（理大）的研究團隊成功研發出一種獨特的微電極，能適用於上述用途。此研究成果已於國際科學期刊《Science Advances》發表。

不同於傳統電子產品，可穿戴或植入式電子裝置的用料需要整合一系列特定性能，例如必須能拉伸自如和柔軟透氣，放置於人體後不會令使用者感到不適或受傷。與此同時，生物電子裝置就如日常家居設備一樣，仍然需要依賴具備高導電性且可以印上微細電路圖案的電極。

由理大應用生物及化學科技學系軟材料及器件講座教授鄭子劍教授領導的跨學科研究團隊，成員來自理大時裝及紡織學院、生物醫學工程學系、應用生物及化學科技學系、智能可穿戴系統研究院和潘樂陶慈善基金智慧能源研究院，以及香港城市大學和香港心腦血管健康工程研究中心。團隊克服多項技術限制，研發出一種能應用於植入式生物電子裝置的電極，其特點是具前所未有的柔軟度、可拉伸性和可滲透性，在可穿戴科技領域創新猷。

此技術的關鍵步驟，是將一種纖維聚合物以靜電紡絲的方法，放到銀質微型電路圖案上，從而產生液態金屬微電極（簡稱μLME），可以以超高密度進行電路圖案化，達至每平方厘米多達75,500個電極，比過往的技術多出數千倍。這些μLME具有長期生物兼容性，人體皮膚能舒適地穿戴，更已證明可用作監測動物大腦的特定應用。

過去，生物兼容的電子裝置均在多孔彈性體上製造，但其多孔而粗糙的基質限制了電路圖案的分辨率，因而難以提高電極密度。研究團隊成功突破此瓶頸，透過光刻技術把電子線路放在纖維聚合物基質上，實現了像薄紙般柔軟，能在大應變下高度導電，以及具備長期生物兼容性的μLME。

用作μLME的導電組成部分的共晶鎵銦（EGaIn）是一種具有低熔點溫度、能在極端應變下保持導電性，同時柔軟且高度生物兼容的液態金屬合金。製造過程中，以EGaIn製成的電路圖案會放在一片經靜電紡絲而成的可滲透「纖維墊」上，該墊為苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）。此製法形成了柔軟而可拉伸的電子裝置，可供舒適地穿戴和植入。相對採用不滲透基質時僅能轉移部份電極微電路圖案，鄭教授的團隊於2021年首次開發這種超彈性纖維墊概念，用於新開發的μLME中，保證了來自銀模板的電極微電路圖案能以光刻完全轉移。

μLME柔軟、可滲透液體和氣體，並且拉伸自如，在高應變下反覆拉放後，其電阻只輕微上升。以μLME製成的電子貼在緊貼人體皮膚時，經按壓後只會留下微量甚或完全沒有殘留物。可穿戴電子裝置本身具有龐大市場潛力，應用範圍涵蓋生理監測、醫療診斷和互動技術，而此技術突破將進一步加強其發展可能性。

為了驗證μLME的柔軟度和可拉伸性能使其成為植入神經介面以進行大腦監測的理想選擇，團隊亦合成了具有小電極直徑和高通道密度的μLME陣列，用作充當老鼠大腦中的皮層電圖信號接收器。μLME具有與腦組織相似的機械性能，能緊貼皮質表面，準確記錄神經信號。當沉睡中的老鼠發出非快速眼動睡眠時的典型可識別腦電波時， μLME陣列即能精確檢測到老鼠回應施加在身體不同部位電刺激而產生的體感誘發電位。

鄭教授同時是理大智能可穿戴系統研究院副院長及潘樂陶慈善基金智慧能源研究院首席研究員。他表示：「透過結合光刻技術和柔軟、可滲透的SBS纖維墊，成就了解像度和生物兼容性均前所未見的μLME微電極，克服了舊有生物電子裝置生產方法的技術限制，相信可推動醫療和擴增實境等領域的發展。 」

本研究項目獲研資局「高級研究學者計劃」、理大、香港城市大學、國家科學自然基金委員會和InnoHK創新香港研發平台資助，團隊期望透過提高刻印μLME圖案的解像度，在未來進一步推廣此項發明。

***完***