上海交大：与人体贴合的发光材料与器件

近日，上海交通大学化学化工学院、张江高等研究院张智涛副教授，在国际顶级学术期刊Nature Photonics上发表综述性论文“Body-conformable light-emitting materials and devices”。

该综述论文系统性地总结了可穿戴发光织物、可贴合发光电子皮肤和可植入发光生物器件三种与人体贴合的发光器件的最新研究进展，重点讨论了发光材料与器件的设计策略及相关应用，并强调了目前提高器件性能、推广实际应用所面临的关键挑战和问题。张智涛副教授为论文的第一作者与通讯作者，上海交通大学为论文第一完成单位。

电子器件已从刚性发展到柔性。在过去十年中，柔性电子器件已在能量收集和存储、健康传感、疾病监测和治疗，以及最新的智能辅助控制系统等众多领域中得到广泛应用。与人体贴合的发光器件将成为下一代柔性电子器件中重要的人机交互界面。由于生物系统是柔软、复杂和动态的，因此这些发光器件的机械性能必须与人体相匹配，为满足这一要求，需要对发光器件的结构和材料进行精心设计。

目前，与人体贴合的发光器件主要可分为三种：可穿戴发光织物、可贴合发光电子皮肤和可植入发光生物器件。

可穿戴发光织物必须在实现高性能电致发光的同时兼备透气、可变形、舒适的特性。论文重点讨论了构建纤维状发光器件以及将其编织到织物中的方法，同时对每种方法的优缺点及相关应用进行了总结与比较，并强调了纤维状发光器件当前面临的挑战。

图1.可穿戴发光纺织品

可贴合发光电子皮肤需要满足超薄、柔软、可拉伸的特性，以高度贴合皮肤承受各种形变。作者在文中比较讨论了一系列具有优异光学、电学和机械特性的可拉伸发光电子皮肤器件的材料设计与器件制备方法，并总结了可贴合发光电子皮肤在显示照明、光学成像、光电通讯等领域的应用研究进展。

图2.可穿戴发光电子皮肤

可植入发光生物器件要求各电子元件的机械特性也应与生物组织相匹配，以形成有效的界面，同时兼备生物相容性和微型化。文章重点从无线供电、多通道和生物可降解等多种不同特性入手，介绍了不同可植入发光器件制备策略的最新进展及其在生物医疗领域的目标应用。

图3.可植入发光生物器件

通过合理的材料设计，具有人体形变适应性的发光材料和器件取得了显著的研究进展。然而，这些发光材料和器件的实际应用还面临着一些关键性挑战，如器件亮度的提升、分辨率的提高、多通道控制、生物可降解性的可控实现等，作者在文末就上述难点提出了一系列可能的解决思路。

这项工作得到了国家自然科学基金委、科技部、上海市科委、上海交通大学的资助。

相关链接：https://www.nature.com/articles/s41566-023-01335-5