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圖1 室溫液態(tài)金屬

近年來(lái)，我國(guó)研究人員將液態(tài)金屬與柔性電子結(jié)合，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，例如基于液態(tài)金屬的電子紋身、可穿戴柔性傳感器以及用于癌癥熱療的功能性材料等。不同于傳統(tǒng)的柔性導(dǎo)電材料，液態(tài)金屬不僅具有更高的導(dǎo)電性，而且具有良好的放射成像能力，在醫(yī)學(xué)影像診斷領(lǐng)域有著獨(dú)特的應(yīng)用潛質(zhì)。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院劉靜教授課題組與首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院盧潔教授課題組利用液態(tài)金屬材料的放射成像能力，開(kāi)發(fā)出一種液態(tài)金屬紋身貼片，不僅可以貼敷在皮膚表面檢測(cè)人體生理信號(hào)，而且可以幫助醫(yī)生在CT圖像中準(zhǔn)確定位病灶位置。

圖2 液態(tài)金屬紋身貼片的制備流程

該項(xiàng)研究使用了一種混合金屬銅微顆粒的復(fù)合液態(tài)金屬材料（Cu-EGaIn），這種材料具有較高的導(dǎo)電性（6 × 10⁶ S m⁻¹），并且在不同粗糙度的基底表面具有明顯的選擇粘附性。在該項(xiàng)研究中，實(shí)驗(yàn)人員首先將聚丙烯酸甲酯（PMA）和碳粉依次印刷在水轉(zhuǎn)印紙表面，之后將Cu-EGaIn材料滾涂在其表面。由于碳粉的粗糙表面使得液態(tài)金屬難以粘附在其表面，而PMA對(duì)液態(tài)金屬表現(xiàn)出良好的粘附性，因此液態(tài)金屬只粘附在PMA表面，并形成特定的電子電路圖案。之后結(jié)合相關(guān)的電子元件，并用柔性硅膠材料（Ecoflex）進(jìn)行封裝。最后在水溶液中去除水轉(zhuǎn)印紙基底，即可直接貼敷在皮膚表面。這種制備方法利用激光打印機(jī)打印碳粉涂層以及滾涂方式印刷液態(tài)金屬材料，可以方便快捷地進(jìn)行大批量的液態(tài)金屬貼片制備。本研究利用該方法在人體皮膚和三維物體表面制作出多種柔性電子電路。

圖3 基于液態(tài)金屬紋身貼片的柔性電子電路

此外，該研究將液態(tài)金屬紋身貼片制作成不同尺寸的圓形CT定位標(biāo)記物，并貼敷在水模和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的體表。實(shí)驗(yàn)表明在不同的掃描模式下（80kV，120Kv），液態(tài)金屬標(biāo)記物均能獲得較高的CT值。在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物頭部、胸部以及腹部貼敷的液態(tài)金屬CT定位標(biāo)記物均表現(xiàn)出遠(yuǎn)高于生物組織的CT值，并能夠通過(guò)圖像分割獲得多個(gè)標(biāo)記物與生物組織之間的幾何位置關(guān)系?；贑u-EGaIn材料的紋身貼片對(duì)X射線的阻擋能力遠(yuǎn)高于人體組織，因此將液態(tài)金屬紋身貼片貼敷在病灶周?chē)钠つw表面，結(jié)合CT斷層掃描，在獲得的CT斷層圖像中，液態(tài)金屬紋身貼片反映出很強(qiáng)的放射成像效果，可輔助醫(yī)生或手術(shù)機(jī)器人確定病灶與體表貼片的幾何位置關(guān)系以及穿刺引導(dǎo)和手術(shù)治療。研究人員稱該技術(shù)有望將皮膚電子與醫(yī)學(xué)影像結(jié)合，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)影像輔助下的生理信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

圖4 基于液態(tài)金屬紋身貼片的CT定位標(biāo)記物

以上成果近期發(fā)表在Materials Horizons上，文章題目為Cu-EGaIn Enabled Stretchable E-skin for Interactive Electronics and CT Assistant Localization，清華大學(xué)博士生國(guó)瑞和首都醫(yī)科大學(xué)博士生崔碧霄為本文的共同第一作者，劉靜教授和盧潔教授為共同通訊作者。