[科学之读]薄到肉眼难见、可自行贴附人体的超薄器件全球首例实现

by Kim Jonghwa

Published 10 Dec.2025 19:00(KST)

Updated 11 Dec.2025 09:47(KST)

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IBS-成均馆大学-UNIST联合研究团队开发基于350纳米纳米膜的晶体管
在器官移植中也具备稳定性能

一种贴在皮肤上几乎看不出痕迹、只要接触到心脏·肌肉·脑组织就会自行柔软贴合的超薄电子器件，已由韩国本土研究团队开发成功。

基础科学研究院（IBS）脑科学成像研究团与成均馆大学、蔚山科学技术院（UNIST）联合研究团队10日表示，他们实现了厚度约350纳米（㎚）的自粘纳米膜“THIN（Transformable and imperceptible Hydrogel-elastomer Ionic-electronic Nanomembrane，可变形且难以察觉的水凝胶-弹性体离子-电子纳米膜）”，以及基于该纳米膜的有机电化学晶体管（THIN-OECT），并成功在活体组织表面实现了对高灵敏生物信号的实时放大与测量。

这一研究成果当天发表于纳米电子工程领域顶级权威学术期刊《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）在线版。

可形变超薄双层晶体管（THIN-OECT）实现生物信号放大。研究团队提供

350㎚纳米膜可“自动”附着于心脏·肌肉·大脑……信号就地实时放大

研究团队开发的THIN，是从根本上解决既有生物传感器始终未能攻克的“组织完全贴合”难题的技术。活体生物组织像水一样柔软且存在大量微小起伏，使器件难以稳定附着。以往基于电极的测量方式信号噪声严重，难以实现高精度测量；而柔性器件在耐久性、工艺难度以及长期稳定性方面也暴露出诸多局限。

THIN采用将生物粘附性水凝胶与半导体弹性高分子以纳米级厚度精密层叠的结构设计，在干燥状态下较为坚挺，便于操作；一旦遇到组织中的水分，则会立刻变得柔软，并自动黏附在组织表面。以此制备的THIN-OECT贴附于小鼠的心脏·肌肉·大脑进行实验时，证实能够以高灵敏度、低噪声实时测量心电图、肌电图与脑电波。此外，该器件具备能够完全追随组织曲面的自适应能力，在超过4周的长期植入条件下，无炎症或损伤迹象，仍能稳定工作，证明其具有较高的生物相容性。

此次器件性能的决定性参数——μC（离子-电子耦合增益）数值为1034 F·㎝－¹·V－¹·s－¹，是目前已报道的有机电化学晶体管中全球最高水平。这意味着将离子流转化为电子信号的效率相比既有技术实现了飞跃式提升，是实现极微弱生物信号实时放大的关键指标。

贴上就结束……无需固定装置·粘合剂·外加压力的电子薄膜

此次研究大幅领先既有生物电子技术的原因在于，THIN是首个同时满足三项条件的平台。首先，其厚度仅为350㎚，水化后弯曲刚度大幅降低，薄且柔软到人体组织几乎感受不到器件的存在。

其次，通过对水分敏感的结构设计，只需简单地将其放置在组织表面，在10秒内便会柔软变形并产生强大的粘附力。在这一过程中，无需任何粘合剂、外加压力或固定结构等额外处理步骤。

同时，THIN-OECT采用在生物信号发生位置就地放大（on-site amplification）的工作方式，在最大限度简化外部电路的同时，仍可保持较高的信噪比（SNR）。这一特性使其即便在心脏、肌肉、大脑等运动幅度大、环境变化显著的组织上，也能实现稳定的实时测量，被评价为突破了既有生物传感器的结构性局限。

与组织完全贴合并牢固黏附的 THIN 变形机理及特性。IBS 脑科学成像研究团确认，THIN 在吸水变软的状态下也不会撕裂，且能够柔韧延展。此外，THIN 能够黏附在数微米尺度的曲面上，并通过模拟贻贝足丝，实现对微细组织的稳定黏附。THIN 遇到组织表面的体液后，从一侧开始逐渐膨胀并呈卷曲状运动，在这一过程中其重心向上移动。随着这种变化的扩散，整个纳米膜会自发、自然地贴附在组织曲面上（图 a）。同样的原理在动态心脏搏动环境中同样适用，研究人员确认其仍可实现稳定而牢固的黏附（图 b）。此外，与具有伸缩性基板的传统器件不同，THIN 由于刚性较低，能够随组织自然伸展的同时保持稳定黏附（图 c）。研究团队提供