柔性电子纳米膜显示出革命性器官芯片技术的前景，可能会减少医学研究中对动物试验的需求。

悉尼新南威尔士大学的工程师们发现了一种在超薄的皮肤状材料上创建柔性电子系统的方法。这一发现使得整个可拉伸3D结构像半导体一样运作，并且可以通过使所谓的器官芯片技术更有效，可以大大减少对动物试验的需求。在未来，该技术还可以用于可穿戴健康监测系统或植入式生物医学应用，例如用于提醒癫痫患者即将发作的系统。由新南威尔士大学机械与制造工程学院的 Hoang-Phuong Phan 博士领导的研究小组在Advanced Functional Materials上发表了这一研究成果。

他们的新工艺包括使用光刻技术（一种利用光来打印微小图案的技术）将碳化硅和氮化镓等宽带隙半导体制造到聚合物衬底上薄且灵活的纳米膜上。

超薄花形碳化硅 (SiC) 宽带隙半导体印在聚酰亚胺 (PI) 薄膜上并放置在水滴上的光学图像

器官芯片技术

这些半导体膜即使在被拉伸和扭曲成任何可以想象的 3D 形状时也能提供传感、记录和刺激功能。它们可能成为器官芯片技术的重要组成部分，这是一种尖端技术，涉及在微型芯片上创造微型人体器官。这些芯片可以复制器官的功能和结构，使科学家能够更准确、更有效地研究器官的行为并测试药物或疾病的影响。

另外，由于器官芯片技术允许研究人员在实验室条件下模拟人体器官的复杂性，它有可能消除使用动物进行广泛测试和实验的需要。“出于法律、伦理和道德原因，许多人热衷于在复制的人类细胞上进行医学试验，而不是在活体动物上。”Phan博士说。“你可以培养模仿真实身体器官的3D细胞器官，但我们还需要开发3D电极来帮助促进器官芯片过程。我们的工艺允许在薄膜上创建一个电子系统，可以在器官芯片周围拉伸成任何3D形状。”

由新型宽带隙材料制成的蜘蛛网结构的扫描电子显微镜图像，具有真实的蚂蚁比例。

这项工作是新南威尔士大学、格里菲斯大学、昆士兰大学、昆士兰科技大学及其国际合作伙伴如庆熙大学、南加州大学和西北大学之间跨学科、跨机构合作的亮点。

宽带隙材料更易于观察

新南威尔士大学科学系讲师Thanh Nho Do博士是该项目的首席研究员，他补充说：“我们使用宽带隙材料，与传统半导体材料不同，它不吸收可见光。这意味着当科学家们想要观察片上器官时他们可以通过显微镜做到这一点，否则这是不可能的。膜上的电子系统还可以收集大量数据，同时监测人造器官在测试时对不同事物的反应。”

对于这个应用，研究人员认为它可能在三到五年内成为商业产品，尽管他们的目标是进一步改进设备，并集成诸如无线通信之类的附加组件。

就在可穿戴健康监测系统中使用该技术而言，Phan 博士表示，新工艺具有显著提高监测、诊断和治疗质量的有趣潜力。其中一项功能可能是可穿戴袖套，以帮助检测和发出有关一个人全天受到的紫外线辐射水平的警报，这最终可能有助于降低皮肤癌的发病率。“宽带隙材料在该应用中很重要，因为传统的硅半导体具有窄带隙并且不吸收紫外线。”Phan 博士说。

神经元信号

新南威尔士大学的研究小组还提出，他们的新材料可能会进一步开发，以制造可植入的生物医学设备，其中电子系统可以实时监控和影响神经元信号。虽然这种设备至少在 10 年内不太可能问世，但研究人员已经在计划进一步的测试，目的是帮助患有癫痫症患者（一种神经系统疾病，大脑中突然且不受控制的电活动爆发会导致癫痫发作）。“对于癫痫症患者来说，当癫痫即将发作时，大脑会发出不寻常的信号，这些信号是触发因素，”Phan博士说。“如果我们能够制造出一种可以检测这些异常模式的植入式电子设备，它也有可能用于施加电刺激来绕过癫痫发作。”植入式设备需要克服的关键挑战之一是如何为此类电子系统供电。因此，新南威尔士大学的研究人员也在尝试开发一种磁共振耦合系统，该系统可以与宽带隙3D电子膜集成，通过外部天线无线传输能量。

文章来源：悉尼新南威尔士大学

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原标题：《【复材资讯】器官芯片技术：宽带隙半导体使科学家能更准确地研究人体器官》