电子薄膜“温柔”贴合在目标表面的实物图片。研究团队供图

■本报记者 甘晓

人们对手机贴膜并不陌生，只需将保护膜对准屏幕，轻轻放下，利用静电吸附便可使其贴合。但如果这层膜是极薄且易碎的电子器件，而要贴合的表面是大脑沟回般复杂的生物组织，那么采用手机贴膜的方法，贴合难度堪称“地狱级”。

如今，可穿戴电子设备、脑机接口、神经修复等前沿技术的发展正面临这一“地狱级”挑战。

为此，中国科学院化学研究所研究员宋延林团队联合首都医科大学附属北京天坛医院、新加坡南洋理工大学等机构的研究团队，创新性提出了一项用于超薄柔性器件转印的新技术——液滴打印（Drop-printing）。该方法可以将精细的电子器件“温柔”转移到各种复杂表面，在不损伤器件的前提下实现精准贴合。相关研究成果近日发表于《科学》。

“一滴水”解决难题

常见的柔性电子器件通常由金属导电材料、半导体材料与高分子基底复合而成，厚度仅几微米至几十微米，柔软却脆弱。当这张薄膜“压”到复杂曲面时，薄膜因弯曲、拉伸产生应力集中，线路极易断裂，导致无损贴合失败。

宋延林课题组在绿色印刷与功能材料精准制造领域深耕25年，在打印墨滴行为控制等方面取得了一系列进展。面对上述难题，科研团队别出心裁，借助一滴水，找到了解决方案。他们提出的液滴打印技术，核心在于用液滴作为媒介，通过在电子薄膜与目标表面之间构建一个液体润滑界面，实现应力的动态释放。

研究团队发现，使用液滴拾取和转印薄膜时，液体会存在于膜与目标表面之间，不仅可以产生毛细力，逐渐将薄膜“拉贴”在凹凸不平的结构上，而且液体层形成类似润滑油的效果，使薄膜在变形时可以在润滑液体上自由滑动。这样，应力集中一旦在薄膜上产生，就会通过局部滑动而有效释放。同时，液滴中的微量高分子材料还可以调控三相接触线的运动，实现薄膜的高精度转印。

通过高速摄像和应力分布仿真等多手段验证，研究人员发现，液滴打印将原本变形时累积在膜内的应力集中分散成一个均匀、可控的场分布，真正实现了“贴得好、印得准、膜不破”。

“将‘impossible’变成‘Im possible’，需要的是一点创造、一点努力、一点坚持，更要有一点理想主义精神。”宋延林在朋友圈分享科研感悟时说。

活体小鼠给出关键证据

为验证新技术，研究团队用厚度仅150纳米的金膜进行了实验。结果，这层仅为头发丝直径几十分之一厚的金膜完好无损地贴合在微米尺寸的草履虫、蒲公英纤维和贝壳表面。

水滴的成分还可以根据需求调整，如添加细胞培养液以“打印”细胞膜，或引入生物胶水实现水下黏附。更令人惊叹的是，液滴打印技术在活体动物实验中展现了出色的效果。

实验中，研究人员将超薄硅基电子膜通过这项技术打印在小鼠的坐骨神经和大脑皮层上，电子膜与动物组织形成了无损贴合。随后，通过近红外光照，成功触发小鼠腿部规律运动，并同步采集到清晰的神经电信号。

研究人员解释，这层膜成为光-电转换接口，吸收光后将光信号转换为能够刺激小鼠坐骨神经的电信号，从而引发腿部肌肉伸缩。实验中，小鼠随着光照表现出规律的腿部运动，其肌电图和脑电图信号同步显示激活响应，完整验证了从光刺激到神经响应再到动作输出的控制路径。这意味着，膜与活体贴得好、转印得准，同时膜不破，神经也无损。

“念念不忘，必有回响”

研究论文发表后，宋延林在朋友圈发文：“25年前的梦想，念念不忘，必有回响。从超柔器件到脑机接口，液滴印刷术迈出关键的一步。”在他看来，“做能留下痕迹的事，论文只是副产品”。

宋延林在该领域的科研之路始于国家印刷业的迫切需求。2000年前后，面对“计算机直接制版”（CTP）技术兴起带来的高性能墨水缺口，他凭借有机化学与材料学的交叉背景，从纳米颗粒分散入手，成功研制出低成本、高质量的国产墨水，由此开启绿色印刷与功能材料精准制造的创新之路。

多年来，宋延林关注的不仅是一项印刷技术的改进，更是如何将产业中的实际问题提炼为具有普遍意义的基础科学问题，勇于开拓知识“无人区”。他坚持以科学突破反哺技术革新，让新发现真正赋能现实应用。

为此，宋延林带领团队解决了诸多基础科学问题。他们通过对印刷墨滴在干燥过程中的“咖啡环效应”“瑞利不稳定性”及“马拉格尼效应”等科学难题的深入研究，对墨滴多种图案成形进行精确控制，实现对纳米功能材料“点、线、面、体”的精细图案化组装，突破了传统印刷技术的精度极限。

对于这项新技术，科研团队普遍看好其应用前景，认为它不仅适用于皮肤电子设备、脑机接口、神经调控器件，还可拓展到可穿戴设备、智能显示、生物制造和组织工程等多个交叉领域。

“随着科技的进步，推动文明发展的印刷术将不断焕发新的生机。”宋延林是这样期待的。

相关论文信息：

http://doi.org/10.1126/science.adw6854