可拉伸混合裝置通過將多個(gè)模塊連接在一起來組裝。它們可分為三種基本類型：機(jī)械匹配人類或軟機(jī)器人組織/皮膚的柔軟模塊、包括硅基微電子的剛性模塊，以及用于保護(hù)的封裝模塊。這些具有不同材料、形狀因素和加工技術(shù)的模塊通常是獨(dú)立制造的，然后使用諸如各向異性導(dǎo)電膜（ACF）和銀膏之類的商用導(dǎo)電膏進(jìn)行組裝。挑戰(zhàn)在于，由于漿料和模塊之間的機(jī)械失配，組裝的連接在變形下會(huì)發(fā)生界面失效。這個(gè)問題極大地限制了可拉伸電子系統(tǒng)的復(fù)雜性和魯棒性。已經(jīng)嘗試了多種方法來解決這些問題。所有的軟電子器件（沒有剛性硅元件）都已開發(fā)出來，以消除界面處的機(jī)械失配。然而，基于Si的組件仍然是信號處理和無線通信所必需的。其他人用液態(tài)金屬替代了剛性粘料，但其高表面張力導(dǎo)致界面粘附力低，可能會(huì)涂抹到不希望的地方。由具有導(dǎo)電填料的自修復(fù)聚合物或水凝膠基質(zhì)組成的復(fù)合材料可能會(huì)消除或替代糊劑的使用。然而，它們的大厚度（幾十到幾百微米）導(dǎo)致機(jī)械失配和機(jī)械或電氣魯棒性降低，并且不適用于超薄電子器件。鑒于此，南洋理工大學(xué)陳曉東、斯坦福大學(xué)鮑哲南、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院劉志遠(yuǎn)等人創(chuàng)建了一種雙相納米分散（Biphasic, nano-dispersed, BIND）界面，該界可以以樂高般的方式可靠地連接軟、硬和封裝模塊，而無需使用糊劑。任何帶有BIND接口的模塊都可以簡單地面對面壓在一起，在不到10秒的時(shí)間內(nèi)形成BIND界面?研究人員通過熱蒸發(fā)金（Au）或銀（Ag）納米顆粒，在自粘性苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（SEBS）熱塑性彈性體內(nèi)部形成互穿納米結(jié)構(gòu)，制備了BIND界面，該彈性體是一種廣泛用于可拉伸電子器件的軟基片。SEBS基質(zhì)表面附近的納米顆粒形成雙相層（約90?nm深），其中一些納米顆粒完全浸沒而另一些納米顆粒部分暴露。這種界面結(jié)構(gòu)在表面上產(chǎn)生了暴露的SEBS和Au，并在基質(zhì)內(nèi)部形成了互穿的Au納米顆粒，這為牢固的BIND界面提供了機(jī)械連接（通過聚合物）和連續(xù)的電連接（通過納米顆粒）。
圖|用于連接可拉伸電子設(shè)備中的模塊的新界面與商業(yè)粘合劑相比，BIND界面表現(xiàn)出了更大的電氣可伸展性（最大應(yīng)變> 180％，而商業(yè)粘合劑只有約45％）和機(jī)械可伸展性（最大應(yīng)變> 600％，而商業(yè)粘合劑只有約60％）。此外，BIND界面在50％應(yīng)變下相對電阻的變化少于4倍。BIND界面需要在SEBS和金屬納米顆粒之間保持平衡的比例，并且可以通過簡單的手指壓力形成連接，不需要使用商業(yè)粘合劑。BIND界面也可以用于連接剛性基板，例如印刷電路板，并且可以承受多種載荷類型。另外，BIND界面還可以用于連接封裝模塊，并具有很高的接口韌性，因此可以用于制作高分辨率的電極等應(yīng)用。研究人員對BIND界面表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行的納米尺度研究。通過原子力顯微鏡（AFM）mapping技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)BIND界面表面存在暴露的聚合物和金屬相。聚合物與金屬相的比例影響了界面的宏觀電學(xué)和力學(xué)特性，過多的聚合物相會(huì)導(dǎo)致界面高度粘附但不導(dǎo)電，過少的聚合物相會(huì)導(dǎo)致界面不粘附。BIND界面通過暴露適當(dāng)比例的聚合物相和金屬相實(shí)現(xiàn)了理想的機(jī)械強(qiáng)度和電學(xué)導(dǎo)電性。進(jìn)一步的研究揭示了BIND連接包含一個(gè)納米尺度的聚合物和金屬相互滲透的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種雙連續(xù)路徑的聚合物和金屬相決定了BIND界面的宏觀電阻。研究人員通過掃描電鏡和AFM研究，證明了BIND連接的粘附和導(dǎo)電性僅來自其獨(dú)特的互相滲透的納米結(jié)構(gòu)。圖|BIND界面和連接的結(jié)構(gòu)分析構(gòu)建體內(nèi)神經(jīng)調(diào)節(jié)設(shè)備研究人員應(yīng)用BIND界面來構(gòu)建可拉伸的體內(nèi)神經(jīng)調(diào)節(jié)設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，設(shè)備需要一個(gè)超薄柔軟的模塊，可以緊貼神經(jīng)（或肌肉），以及一個(gè)厚而柔軟的模塊用于強(qiáng)度強(qiáng)大的界面。研究人員通過BIND界面連接這兩個(gè)模塊，并使用BIND封裝層覆蓋了這兩個(gè)模塊，從而構(gòu)建了一種BIND設(shè)備。這種設(shè)備可以在不需要縫合的情況下自粘貼在神經(jīng)（或肌肉）上，具有良好的連貫性和穩(wěn)定性，并且可以包裹各種大小的組織。研究人員還展示了使用BIND連接器在大鼠腿部、腦皮質(zhì)和膀胱壁等不同部位成功應(yīng)用該技術(shù)的案例，并且BIND界面所構(gòu)建的電極具有優(yōu)異的信號質(zhì)量和可靠性。通過這些實(shí)驗(yàn)，研究人員證明了BIND連接器能夠在體內(nèi)進(jìn)行微創(chuàng)神經(jīng)調(diào)節(jié)，并且獲得高質(zhì)量的信號，而單一一體化的電極不具備這些優(yōu)勢。圖|通過即插即用BIND連接組裝的體內(nèi)神經(jīng)調(diào)控可拉伸裝置研究人員從五個(gè)單獨(dú)的模塊組裝了一個(gè)21通道皮膚肌電圖（EMG）BIND設(shè)備，其中包括超薄共形電極、厚布線、PI PCB和兩個(gè)封裝層。與商用膠粘劑連接方式相比，BIND連接方式在連接點(diǎn)受到壓力或扭曲時(shí)的信號質(zhì)量更好，且對這些干擾有更好的抗性，表現(xiàn)出更高的信噪比和更好的信號穩(wěn)定性。此外，21通道皮膚肌電圖設(shè)備能夠準(zhǔn)確地記錄各種手勢（包括手部動(dòng)作、單個(gè)手指的運(yùn)動(dòng)等），并且能夠在水下和運(yùn)動(dòng)后的出汗皮膚上正常工作。通過自定義電路還可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢測肌電信號、壓力信號和應(yīng)變信號。這些實(shí)驗(yàn)表明，BIND連接技術(shù)能夠以插拔方式組裝各種模塊，從而制作出高品質(zhì)的、具有高度機(jī)械穩(wěn)定性的伸縮電子設(shè)備。圖|使用即插即用BIND連接組裝的21通道皮膚肌電電極陣列綜上所述，該研究報(bào)道了一種高度可拉伸的BIND界面，可以以即插即用的方式將軟性、剛性和封裝模塊集成在一起，形成可伸縮的混合設(shè)備。BIND界面包含一個(gè)互穿的金屬和聚合物納米結(jié)構(gòu)，分別形成連續(xù)的機(jī)械和電氣通路。通過該即插即用的BIND界面，可以更快捷地構(gòu)建具有不同功能和復(fù)雜性的可伸縮混合設(shè)備，為皮膚和植入式人機(jī)交互提供了無限的選擇。Jiang, Y., Ji, S., Sun, J. et al. A universal interface for plug-and-play assembly of stretchable devices. Nature 614, 456–462 (2023).https://doi.org/10.1038/s41586-022-05579-z
