1.痛点问题 为了更好地开展脑科学研究，使用侵入式神经电极获取并传输脑部神经元信号是一个重要手段。但是目前脑科学研究中使用的神经电极多为硬性电极，尺寸较大、柔性较低，容易在模式动物脑内引起排异反应和持续损伤，致使电极使用时间短、信号精度低，所获取数据难以达到持续连贯和精准高效，成为限制脑科学研究向更深、更细方向发展的一大瓶颈。本项成果涉及柔性神经电极技术，有望解决脑科学研究中神经电极性能不高导致的研究瓶颈。 2.解决方案 本项成果使用特有电极材料体系，结合特殊微纳加工技术，可以研制出尺寸与神经元细胞相当、柔软程度与细胞接近的柔性神经电极。该柔性神经电极将具备较高生物相容性、信号灵敏度和较长使用寿命，能够长时间持续准确获取神经元信号。同时，配合自主研发的全自动植入载具，该电极能够简便地植入动物脑部，并集成到专用芯片、信号分析仪器等配套设备上，直接用于各类脑科学研究。

本项目是以铝溶胶为主要原料，通过溶胶凝胶制备技术，控制氧化铝陶瓷纤维的组成，制备高性能的氧化铝柔性纤维，并通过针刺、烧结等工艺制备成纤维毯、毡等制品。

基于常州大学药学院教授——招秀伯教授对于基于以姜黄素、单宁酸等化学物质为基底，通过化学原理，浸泡吸附等作用，完成对于金属镍、银等在织物表面附着的喷墨打印技术的产业化落地的再探索。 一、项目进展 创意计划阶段 二、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 学号 付毅伟 机器人产业学院/计算机科学与技术 2020.10/2024.8 20416114 张强 机器人产业学院/电子信息工程 2020.10/2024.8 20401131 赵灿恒 机器人产业学院/自动化 2020.10/2024.8 20406231 戴毅 机器人产业学院/智能制造 2020.10/2024.8 20409109 三、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 招秀伯 药学院/生物工程 博导/教授 生物胶体与生物界面，生物材料，纳米医学（抗菌、抗肿瘤短肽，基因、药物递送），微流控生产纳米颗粒， 2D/3D生物打印，柔性穿戴等。 四、项目简介 基于常州大学药学院教授——招秀伯教授对于基于以姜黄素、单宁酸等化学物质为基底，通过化学原理，浸泡吸附等作用，完成对于金属镍、银等在织物表面附着的喷墨打印技术的产业化落地的再探索。通过对此项技术的应用，在织物上进行电路打印、制作电极，通过对柔性电极的制作，完成对于心电监测的信号采集、实时收集、实时传输，通过深度学习等技术进行获取的心电监测数据读图算法的分析，给予使用者心脏监测数据的实时反馈，并且与医院相关数据库，医疗接诊平台建立联系，提供医疗专业支持，将心脏电路管道心率检测中所读取的心电信号进行医学的正常与非正常划分,将恶性心律突发在发病之初向使用者进行提示，将心脏病发作导致猝死扼杀在摇篮之中。

本项目以制备超快高储能柔性器件为导向，建立基于界面纳米复合材料的新技术。通过水热法和电化学方法在柔性导电基底上构建纳米阵列/金掺杂二氧化锰的三维纳米复合电极，作为正极；通过水热法和热处理法在柔性导电基底上生长多孔氧化铁纳米复合材料，作为负极，组装全固态薄膜器件。利用纳米复合材料的多方面优势加速电子/离子在活性材料中的传递，进而达到超快高储能的目的。基于纳米复合材料的全固态薄膜器件可展现出超快充电能力（10 V/s），比常规电容器的充电时间快10-100倍。这是国际上基于金属氧化物赝电容薄膜型超级电容器研究领域的一个重大突破。此外，本项目以开发超快超柔储能器件为导向，开发了一种热力学诱导自发组装和原位掺杂结合碳热还原的方法来实现石墨烯纳米筛粉体和薄膜的宏观可控制备，解决了传统石墨烯材料纵向物质传输差的局限。通过控制碳热温度，可以调节石墨烯纳米筛表面的孔密度，即孔径大小可控（10~100 nm）。与传统石墨烯薄膜电极相比，石墨烯纳米筛表面丰富的孔结构使得其作为电极材料时拥有更大的比表面积，而且电解质离子可以在垂直于平面的轴向上传递，缩短了离子传输路径。

利于层状纳米材料比表面积大的特点，在碳基柔性衬底上制备了高性能柔性 超级电容器，及葡萄糖传感器。超级电容器的能量密度最大为50.2Whkg-1,功 率密度为8002 W kg-1 at 17.6 Wh kg-1,充电1分钟能点亮两只绿色LED灯3 到5分钟。性能处于国际先进水平，成果先后发表于JALC0M , 714(2017) 63-70； 763 (2018) 926-934 等。

传统触控传感器使用IT0透明导电膜，IT0透明导电膜存在工艺复杂（中国 目前以从日本进口为主，国内尚不能高品质自主生产）、价格高昂（IT0核心材 料钢为稀有金属）、不能弯折等缺点，基于智能交互设备数量的急剧增加、交互 场景、方式需求增加等原因，触控行业一直在积极寻找替代IT0的新型材料。 重庆大学能源与动力工程学院孙宽研究员团队，通过多年在导电材料领域的深入 研究，使用有机聚合物作为基础导电材料，在低温环境下涂布制作出了柔性透明 导电膜。这种新型柔性导电膜不仅拥有与IT0同等的光电表现，比IT0成本更低,而且具备强柔性的优势，可在触控产业链里对IT0进行有效替代，为未来智能设 备创造更多的触控形态和交互方式。

成果与项目的背景及主要用途：该技术采用数控气动闭环控制回路、机械手 可以上下插拔，在 XYZ 三个方向有力触觉，可以感受作用力，如果力大，机械手 可以自动缓冲或收回。机械手具有抓夹功能。该项技术已经成功应用到核工业元 件加工过程中。相同的技术和功能可以方便的应用和移植到其它应用领域。 技术原理与工艺流程简介：利用数控气动闭环控制回路。三维柔性力缓冲 XY 方向±1 ㎜，Z 方向 10 ㎜，Z 向下插行程 0～500 ㎜可调，可以安装各种用途 机械爪，具有形成阻尼缓冲和气动消音。 技术水平及专利与获奖情况：处于国内同类型先进技术水平。 56天津大学科技成果选编 应用前景分析及效益预测：该类型机械手技术可以应用于很多领域，如：机 械制造业、汽车工业、化工业、核能工业、生物工业、安全领域等需要提高作业 效率、精度、危险环境等行业。 目前该技术成熟，整机价格在 10～16 万人民币之间，可以进行小批量工业 化生产。 应用领域：械制造业、汽车工业、化工业、核能工业、生物工业、安全领域 等需要提高作业效率、精度、危险环境等行业。 技术转化条件（包括：原料、设备、厂房面积的要求及投资规模）： 所需原材料：均为市场上可采购原材料，无特殊要求，例如：气动元件、机 械件等； 设备及环境要求： AC220V 电源、普通气源； 所需厂房面积：普通厂房 100 平方米； 人员要求：若干机、电相关专业人员； 初期投资规模：除以上条件外需流动资金 60～80 万。 合作方式及条件： 技术转让，转让费：人民币 50 万元； 合作生产，具体可面谈。 

一种Si-Mn-O玻璃态物质中控制Si-Mn形核、生长的动力学方法，实现了毫米级长度的Mn5Si3 @SiO2柔性纳米电缆（图1）。单根纳米线中，不论壳层厚度、还是电芯尺寸均表现出令人吃惊的均匀性（尺寸波动<4%），同时展现出极好的柔性与自支撑特性，不同弯曲程度下电阻几乎没有任何变化。统计电阻率数值为1.28 - 3.84×10-6 Ωm，最大耐受电流为1.22 - 3.54×107 A cm-2，分别为同等测试条件下同等尺寸银纳米线的10倍与1/3。这样一根导线在300℃的温度下，24小时的测试时间内，电阻率保持不变，证明其能够长时间在高温环境中正常工作。 在1 mol/L的HCl溶液中模拟强酸性环境，发现I-V特性几乎和空气环境中一致；在较长的一段时间内，原位监测导线在溶液中的电学特性变化，发现性能并无衰退。进一步，在溶液中外加矩形波电场，模拟复杂的外部干扰信号，导线仅由于电容效应发生十分微小的电阻变化。另外，同样考察了其耐氧化特性，放在30%双氧水溶液中20小时，电阻未发生明显变化。上述实验数据充分证明所设计的复合纳米电缆能够在高温、酸性及强氧化性等极端环境下正常工作，同时能够抵抗复杂的电场信号干扰。

硅芯片是当代信息技术的核心，当前正向“深度摩尔”（More Moore）和“超越摩尔”（More than Moore）两个方向发展。物联网（IoT）应用是“超越摩尔”技术路线中相当重要的一环，需要数量巨大的集成电路芯片来分析处理来自外部传感器件的海量信号。目前，大多数传感信号采集器件和信号处理单元均为分离设计，将在整体上产生更大功耗并占据更大的空间。由此，复旦大学材料科学系教授梅永丰课题组提出了将信号检测和分析功能集成于同一个芯片器件中的全新概念。作为演示，研究团队将单晶硅薄膜柔性光电晶体管与智能薄膜材料相结合和组装，构造了对不同环境变量进行检测和分析的柔性硅芯片传感器及其系统。这一思路不仅具有优异的可扩展性，还可与当前集成电路先进制造工艺相兼容。5月2日，相关研究结果以《面向智能数字灰尘的硅纳米薄膜光电晶体管多功能集成传感器研究》（“Silicon Nanomembrane Phototransistor Flipped with Multifunctional Sensors towards Smart Digital Dust”）为题发表在《科学进展》（Science Advances）上。研究团队从器件的传感机理入手，利用柔性薄膜组装集成芯片传感器，实现了多种环境参数探测功能的集成。图1：(A) 器件主要功能层示意图；(B) 贴附于曲面上的柔性传感器件阵列；(C) 智能传感器件功能区的光学显微照片；(D)用于湿度传感的集成系统构造图；(E) 氢气通入前后参比器件与检测器件的电流变化，红色为参比电流，蓝色为检测电流。智能材料在环境刺激中可以发生折射率、颜色、晶体结构等方面的光学性质变化，但一般需要光谱设备或比色卡才能进行比对。而翻转的硅薄膜光电晶体管由于没有栅极金属阻挡功能区域的光信号吸收，可以更容易获得高灵敏的传感特性。利用这一点，研究团队将多种智能薄膜材料贴合在器件功能区，智能材料内部物理性质变化引起了微小光学性能改变，从而表现在输出的光电流上，因此可以在同一个芯片上实现对多种不同信号的同时检测。图1A展示了传感器件典型的功能层结构，顶层的智能薄膜材料对环境刺激发生响应，进而改变下方硅单晶薄膜光电晶体管的输出信号。具有2微米厚的热氧化二氧化硅层则作为光电晶体管的封装，对下方器件进行保护。硅薄膜光电晶体管完全由晶圆级先进集成电路工艺方法制备而成，结合了传统硅基光电子器件的高性能和硅纳米薄膜超薄厚度下的优良柔性。图1B是贴附于半径仅为2毫米直径玻璃管上的柔性器件阵列，表现出良好的弯曲性能。图1C是单个器件功能区域的特写，在蓝色虚框部分集成不同智能材料即可实现对不同环境信号的检测。图1D是具有完备传感与数据处理功能的柔性系统合成图，包括传感与参比器件、逻辑与存储单元、信号放大器和电源。研究团队利用该系统实现了对环境中湿度的实时、快速检测，演示的信号为依次减小的三个湿度脉冲。整个过程中直接对环境变化做出响应的信号，即参比器件与传感器件输出电流随时间的变化如图1E中所示。当环境发生变化（如图所示通入氢气），传感器件的输出电流大幅增加，而参比电流保持平稳，再利用差分电路处理，即可给出所检测的环境参数的值。研究团队开发了将智能材料与光电传感结合的新颖传感机制，并将传感模块与后续信号处理等模块集成在一起，展示了其在气体浓度、湿度、温度等多种环境参数检测方面的能力，已经初步具备了未来的“智能数字灰尘”的雏形。该策略也可以应用于其他的数字传感系统，在后摩尔时代中将具有巨大的应用潜力。论文主要由李恭谨博士，博士研究生马喆和尤淳瑜合作完成，并获得韩国延世大学Taeyoon Lee教授和中科院微系统所狄增峰研究员的合作支持。该工作得到国家自然科学基金委、上海市科委、复旦大学和专用集成电路与系统国家重点实验室等大力支持。