基于配体结合液态金属颗粒的自封装可拉伸印刷电路：实现多层生物电子界面的创新突破

本研究针对可拉伸电子器件中传统封装工艺复杂、液态金属颗粒(LMPs)易泄漏等问题，开发了配体结合液态金属颗粒(LB-LMPs)的自封装印刷电路技术。通过N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂诱导的配体结合和原位烧结，实现了导电层与聚合物封装层的垂直相分离，无需额外激活步骤即可获得8.75×105 S/m的高导电性，并成功应用于4层集成电路和神经接口器件，为可穿戴设备和植入式电子提供了新范式。

　　

可拉伸电子技术正推动着可穿戴设备、植入式医疗和软体机器人等领域的革新，但其核心组件——可拉伸印刷电路板(S-PCBs)的制造仍面临重大挑战。传统工艺需要复杂的多层封装和垂直互连通道(VIAs)加工步骤，而液态金属颗粒(LMPs)作为理想导电材料，却因氧化层绝缘性和机械脆性导致需额外激活且易泄漏。这些瓶颈严重限制了S-PCBs的可靠性和规模化应用。

韩国科学技术院(KAIST)和首尔国立大学的研究团队在《Nature Communications》发表突破性成果，提出通过配体结合液态金属颗粒(LB-LMPs)实现自封装可拉伸电路的新策略。研究利用NMP溶剂在超声过程中开环形成的胺基配体(roNMP)与LMPs结合，抑制氧化层生长至42.8%，并通过溶剂蒸发触发原位烧结和垂直相分离，一步完成导电通路形成和聚合物封装。该技术实现了8.75×10⁵ S/m的高初始电导率，剥离力测试显示其抗泄漏性能优于传统LMPs复合材料200%。通过将银粉(AgF)或PEDOT:PSS掺入封装层，研究者还开发出选择性导电区域，成功构建了集成26个芯片的4层S-PCB和可测量光电体积描记(PPG)信号的生物传感器。

关键技术包括：(1)超声辅助合成LB-LMPs并表征其表面配体结合；(2)通过XPS、TEM等分析氧化层厚度变化；(3)流变学调控实现丝网印刷/浸涂等溶液加工；(4)小鼠皮下植入评估PEDOT:PSS/LB-LMPs电极(PLEs)的生物相容性；(5)坐骨神经电刺激实验验证神经接口性能。

机制解析：LB-LMPs的原位烧结
研究揭示roNMP的胺基与镓配位可削弱Cabrera-Mott理论中的Ga³⁺-O^2-电场，使氧化层厚度从5.2±0.8 nm降至2.9±0.4 nm。XPS显示LB-LMPs的Ga⁰峰(18-19 eV)占比显著高于Ga³⁺峰(21 eV)，而溶剂蒸发后SEM观察到颗粒局部烧结现象。

自封装特性与电学性能
LB-LMPs/热塑性聚氨酯(TPU)复合膜呈现清晰的导电-封装双层结构，底部Ga⁰占比达78.5%。在50%体积分数下电导率比传统LMPs高4个数量级，且60天后电阻保持稳定。流变学调控可实现2 mm宽互联线的服装级集成。

多层电路与生物接口应用
通过AgF构建选择性导电区域，研究者开发出可承受215%应变的4层S-PCB，集成PPG和温度传感器。生物相容性PLEs的细胞存活率达95±3%(vs 裸LMPs的72±5%)，小鼠皮下植入两周仅引发轻微炎症反应，其60 mV低阈值神经刺激性能优于传统电极。

该研究通过配体工程和相分离动力学创新，解决了可拉伸电子中封装与导电性能难以兼顾的核心矛盾。LB-LMPs的普适性聚合物兼容特性(TPU/PCL/PVA等)为智能纺织、植入式设备提供了规模化生产路径，而生物安全型PLEs则推动了液态金属在神经调控领域的实用化进程。这种"一步法"制造策略将重塑柔性电子器件的设计范式，为下一代人机交互界面奠定基础。