加州大学洛杉矶分校的团队用二硫化钼（MoS2）制造生物电子膜

2D 复合半导体有望可开发出新型的可穿戴设备、诊断传感器和生物-电子混合生物

加州大学洛杉矶分校（UCLA）的研究人员开发了一种独特的超薄MoS₂薄膜设计，用于高度灵活但机械性能良好的生物电子膜，为精确贴合人体轮廓并符合人体运动的皮肤诊断传感器铺平道路。

《科学》杂志最近发表了一篇论文描述了这项研究，这项研究是由加州大学洛杉矶分校 Samueli 工程学院的化学和生物化学教授段镶锋（Xiangfeng Duan），和材料科学与工程系教授兼系主任黄昱（Yu Huang）共同领导。

超薄电子膜由几层无机化合物MoS₂原子薄层构成。每张薄片只有两到三纳米厚。

保持膜结构完整性同时保持其薄度的关键在于其分层拼凑结构。这些层不是一个单一的连续薄片，而是由更小的碎片组成的集合。这些层由非键合的范德华力松散连接。这使得薄片可以彼此独立滑动和旋转，创造非凡的柔韧性，同时保持其电子功能完好无损。这种分层的拼接创造了一个纳米通道的渗透网络，其大小足以让空气和水分子通过，从而使材料具有渗透性和透气性。

研究人员认为，这种材料的进一步开发可能会为医学、医疗保健、生物学、农业和园艺带来无创性的电子产品。研究人员将这种材料命名为范德华薄膜，简称VDWTF。上图展示了由范德华薄膜制成的皮肤晶体管的艺术表现。

“从概念上讲，这种薄膜就像一种更薄的厨房保鲜膜，具有出色的半导体电子功能和不同寻常的可伸缩性，可以自然地适应具有高度共形界面的软生物组织，”段说。 “它可以开发多种功能强大的传感和信号应用。例如，用这种材料制造的可穿戴健康监测设备可以准确地跟踪生物体水平或单个细胞水平的电生理信号。”

研究人员使用这些薄膜进行了几次演示，其中包括一个位于多肉植物叶子顶部的晶体管，其丰富的电解质被用来制作电子电路。他们还为人体皮肤制造了一种类似的晶体管，该晶体管使用皮肤细胞中的电解质来完成电路。此外，该团队开发了一种心电图，它使用放置在人的左右前臂上的小圆圈胶片，可以检测到他们在冥想期间的眨眼。

“我们使用范德华薄膜的概念验证演示确实暗示了这种新材料的无数可能性，”黄说。 “这种膜可以作为人机界面、增强型机器人技术和人工智能技术的直接连接。这可能为合成电子-细胞混合体开辟一条途径——具有电子增强功能的类似半机械人的生物体。”

参考资料

'Highly stretchable van der Waals thin films for adaptable and breathable electronic membranes'; Science 24 Feb 2022

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