從中國科學院化學研究所獲悉，該所研究員宋延林團隊聯(lián)合首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院、新加坡南洋理工大學等單位，創(chuàng)新性地提出了一項用于超薄柔性器件轉印的新技術——“液滴打?。―rop-printing）”。這一方法可以將精細的電子器件“溫柔地”轉移到各種復雜表面，在不損傷器件的前提下實現(xiàn)精準貼合。

北京時間9月12日，這項研究成果在《科學》上發(fā)表。

宋延林課題組在綠色印刷與功能材料精準制造領域深耕25年，在打印墨滴行為控制等方面取得了系列進展?！皩ⅰ甶mpossible變成‘I’m possible’，需要的是一點創(chuàng)造，一點努力，一點堅持，更要有一點理想主義精神。”他在朋友圈分享科研感悟。

不久前，宋延林因課題組內師生關系融洽，被學生發(fā)帖分享，網友稱其為“神仙導師”。

電子薄膜“溫柔”貼合在目標表面的實物圖片。科研團隊供圖

用“一滴水”溫柔貼膜

很多人對手機貼膜的過程并不陌生，只需要將保護膜對準屏幕，輕輕放下，利用靜電吸附使其貼合。但如果這層膜是極薄且易碎的電子器件，而要貼合的表面是大腦溝回般復雜的生物組織，采用貼手機膜的方法，貼合難度堪稱“地獄級”。

如今，可穿戴電子、腦機接口、神經修復等前沿技術的發(fā)展正面臨這一“地獄級”挑戰(zhàn)。

常見的柔性電子器件通常由金屬導電材料、半導體材料與高分子基底復合而成，厚度僅幾至幾十微米，柔軟卻脆弱。當這張薄膜“壓”到復雜曲面時，薄膜因彎曲、拉伸產生應力集中，極易導致線路斷裂，無損貼合失敗。

面對這個難題，宋延林帶領科研團隊別出心裁，借助一滴水，找到了解決方案。

最新發(fā)表的論文中，科研團隊基于多年來在打印印刷領域的積累，提出了“液滴打印”技術，核心在于用液滴作為媒介，通過在電子薄膜與目標表面之間構建一個液體潤滑界面實現(xiàn)應力的動態(tài)釋放。

他們發(fā)現(xiàn)，使用液滴拾取和轉印薄膜時，液體會存在于膜與目標表面之間，不僅可以產生毛細力，逐漸將薄膜“拉貼”在凹凸不平的結構上，而且液體層形成類似潤滑油的效果，使薄膜在變形時可以在潤滑液體上自由滑動。

這樣，應力集中一旦在薄膜中產生，就會通過局部滑動而有效釋放。同時，液滴中的微量高分子材料還可以調控三相接觸線的運動，實現(xiàn)薄膜的高精度轉印。

“我們通過高速攝像和應力分布仿真等多手段驗證，液滴打印將原本變形時累積在膜內的應力集中分散成一個均勻、可控的場分布，真正實現(xiàn)了‘貼得好、印得準、膜不破’?！笨蒲腥藛T表示。

活體小鼠給出關鍵證據

為驗證這一新技術的效果，科研團隊用厚度僅150納米的金膜進行了實驗?！斑@層僅頭發(fā)絲尺寸幾十分之一厚的金膜完好無損地貼合在微米尺寸的草履蟲、蒲公英纖維和貝殼的表面?！笨蒲腥藛T介紹。

水滴的成分還可以根據需求調整，如添加細胞培養(yǎng)液以“打印”細胞膜，或引入生物膠水實現(xiàn)水下黏附。

更令人驚嘆的是，液滴打印技術在活體動物實驗展現(xiàn)了出色的效果。

實驗中，研究人員將超薄硅基電子膜通過液滴打印技術，打印在小鼠的坐骨神經和大腦皮層上，電子膜與動物組織形成了無損的保形貼合。隨后，通過近紅外光照，成功觸發(fā)小鼠腿部規(guī)律運動，并同步采集到清晰的神經電信號。

科研人員解釋，這層膜成為光-電轉換接口，吸收光之后將光信號轉換為能夠刺激小鼠坐骨神經的電信號，從而引發(fā)其腿部肌肉伸縮。

實驗中，科研人員看到，小鼠隨著光照表現(xiàn)出規(guī)律的腿部運動，其肌電圖和腦電圖信號同步顯示激活響應，完整驗證了從光刺激到神經響應再到動作輸出的控制路徑。這意味著，膜與活體貼得好、轉印得準，同時膜不破，對神經也無損。

液滴打印實現(xiàn)薄膜的無應力保形貼附?？蒲袌F隊供圖

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“念念不忘，必有回響”

該論文在《科學》上發(fā)表后，宋延林發(fā)了一條朋友圈：“25年前的夢想，念念不忘，必有回響。從超柔器件到腦機接口，液滴印刷術邁出關鍵的一步?！彼瑫r稱，“做能留下痕跡的事，論文只是副產品”。

宋延林在該領域的科研之路始于國家印刷業(yè)的迫切需求。2000年前后，面對“計算機直接制版”（CTP）技術興起帶來的高性能墨水缺口，他憑借有機化學與材料學的交叉背景，從納米顆粒分散入手，成功研制出低成本、高質量的國產墨水，由此開啟綠色印刷與功能材料精準制造的創(chuàng)新之路。

多年來，宋延林關注的不僅是某項印刷技術的改進，更是如何將產業(yè)中的實際問題提煉為具有普遍意義的基礎科學問題，勇于開拓知識的“無人區(qū)”。他堅持以科學突破反哺技術革新，讓新發(fā)現(xiàn)真正賦能現(xiàn)實應用。

為此，宋延林帶領的科研團隊解決了諸多基礎科學問題。他們通過對印刷墨滴在干燥過程中“咖啡環(huán)效應”、“瑞利不穩(wěn)定性”及“馬拉格尼效應”等科學難題的深入研究，對墨滴多種圖案成形進行精確控制，實現(xiàn)對納米功能材料“點、線、面、體”的精細圖案化組裝，突破了傳統(tǒng)印刷技術的精度極限。

對于本次發(fā)表的新發(fā)現(xiàn)，科研團隊普遍看好其應用前景，認為這一技術不僅適用于皮膚電子、腦機接口、神經調控器件，還可拓展到可穿戴設備、智能顯示、生物制造和組織工程等多個交叉領域。

正如宋延林所期待：“隨著科技的進步，推動文明發(fā)展的印刷術將不斷煥發(fā)新的生機?！?/p>

今年1月，宋延林因與學生相處融洽的點滴被學生“掛上網”，迅速走紅網絡，引發(fā)網友紛紛感嘆“這才是別人家的神仙導師”。學生在帖子中評價他“真真切切把我們當孩子一樣培養(yǎng)”，不僅允許畢業(yè)后暫未就業(yè)的學生留在課題組，并按最高標準發(fā)放補助，還始終尊重每位學生的科研興趣，不限制課題方向。他待人謙和、從不擺架子，生活樸素卻對學生慷慨支持。

學生表示：“導師用他自己的態(tài)度感染著我們，我們并沒有懈怠。”而此次發(fā)表的重要成果，正是課題組在導師帶領下努力奮斗的自然結晶。

相關論文信息：http://doi.org/10.1126/science.adw6854

來源：中國科學報