人体是软的，，，， ，，但电子器件大多是硬的。。 。 。
这是柔性电子领域恒久面临的矛盾。。 。 。皮肤会拉伸，，，， ，，肌肉会运动，，，， ，，脑组织和器官更是柔软而重大的；；；但古板芯片、晶体管和传感器，，，， ，，往往建设在硅、金属氧化物等硬质料之上。。 。 。它们性能强、工艺成熟，，，， ，，却很难真正贴合人体。。 。 。
已往几年，，，， ，，赵传真博士围绕这个矛盾开展了一系列研究。。 。 。
本科时代，，，， ，，他追随北京理工大学钟海政教授开展量子点相关研究，，，， ，，并将其用于癌症细胞标记等生物医学应用；；；厥后，，，， ，，他前往加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）读博，，，， ，，最先制备微纳器件，，，， ，，将其用于生物传感，，，， ，，并开展了可衣着传感器的研究；；；进入斯坦福大学鲍哲南团队后，，，， ，，他最先把此前积累的生物传感履历，，，， ，，进一步带入柔性、可拉伸电子系统。。 。 。
在斯坦福时代，，，， ，，他的研究事情围绕质料界面工程、器件物理稳固性以及微纳加工工艺三个维度系统睁开，，，， ，，旨在推动柔性生物化学传感器在精准医疗与可衣着康健监测中的现实应用。。 。 。
最近，，，， ，，他主导的两项研究划分揭晓于 Science Advances 和 Device。。 。 。两项事情看似偏向差别：一篇解决软晶体管怎样识别生物分子，，，， ，，另一篇解决可拉伸晶体管怎样高密度制造。。 。 。但放在一起看，，，， ，，它们着实指向统一个目的：让柔软电子既能感知人体分子，，，， ，，又能像芯片一样走向集成。。 。 。
赵传真将于明年年头前往多伦多大学，，，， ，，担当终身轨助理教授（Tenured-Tracked Assistant Professor）。。 。 。研究偏向将延续并深化目今主线，，，， ，，即围绕生物界面、质料界面和信号界面三个维度，，，， ，，构建与人体在电化学分子层面交互的集成系统。。 。 。
让可拉伸电子器件读懂人体分子语言
2022 年，，，， ，，还在 UCLA 读博的赵传真及团队研发了一种新型可衣着生物传感器，，，， ，，首次直接在人体汗液中实时检测到皮质醇。。 。 。
皮质醇常被称为“压力激素”，，，， ，，和人体压力反映、昼夜节律、代谢状态等有关。。 。 。但皮质醇在汗液中的浓度很低，，，， ，，汗液因素又重大，，，， ，，直接检测并禁止易。。 。 。
其时，，，， ，，他们的研究思绪是，，，， ，，把 DNA 适配体和纳米晶体管连系起来。。 。 。DNA 适配体识别并连系皮质醇后，，，， ，，自身构型会爆发转变，，，， ，，这种转变会进一步影响晶体管外貌的电势。。 。 。晶体管的作用，，，， ，，就是把这种微弱转变放大，，，， ，，转化成可读出的电信号。。 。 。
那项事情的主要意义在于，，，， ，，团队首次直接在汗液中测到了皮质醇，，，， ，，并把便携式皮质醇传感器的检测能力提升了两个数目级。。 。 。不过，，，， ，，那一代传感器仍然主要基于纳米标准的准二维氧化物半导体晶体管。。 。 。它的优势是性能好、信号放大能力强；；；但从质料形态看，，，， ，，它仍然偏硬。。 。 。
“我们之前用的是硅基或者金属氧化物半导体，，，， ，，这些质料性能很好，，，， ，，但照旧偏硬。。 。 。”他说，，，， ，，“若是贴在皮肤上，，，， ，，人体一运动就会有滋扰；；；若是植入体内，，，， ，，也可能爆发免疫反映。。 。 。”
因此，，，， ，，问题酿成了不但要测获得，，，， ，，还要戴得住、贴得稳，，，， ，，最好还能恒久事情。。 。 。这正是 Science Advances 这篇事情想解决的问题：他们把 DNA 适配体接入一种柔软、可拉伸的聚合物半导体系统，，，， ，，让柔性可拉伸晶体管生物传感用具备识别皮质醇的能力。。 。 。
图 | 贴合于指尖的生物传感器（泉源：Science Advances）
在古板金属氧化物半导体系统中，，，， ，，质料外貌通常较量容易修饰，，，， ，，可以通过成熟的外貌化学要领接上适配体、抗体等生物识别元件。。 。 。但聚合物半导体差别，，，， ，，它依赖共轭骨架传输电荷，，，， ，，若是为了接生物分子而强行引入羟基、羧基等官能团，，，， ，，可能会形成电荷陷阱，，，， ，，损害迁徙率。。 。 。
另一种要领是物理吸附，，，， ，，好比通过 π-π 群集等非共价作用，，，， ，，把识别分子放到半导体外貌。。 。 。但这种方式不敷牢靠，，，， ，，在汗液、体液或恒久事情情形中，，，， ，，分子容易脱落，，，， ，，信号也会变得不稳固。。 。 。
鲍哲南团队接纳了一个更巧的步伐：不直接动认真导电的半导体，，，， ，，而是在旁边的弹性体上装置识别分子。。 。 。
他们构建的是一种聚合物半导体和弹性体共混的网络结构。。 。 。半导体认真传输电荷，，，， ，，弹性体认真提供柔软性和可拉伸性。。 。 。两者在纳米标准上相互交织，，，， ，，距离很近。。 。 。
在这个系统里，，，， ，，团队通过巯基-烯点击化学反映，，，， ，，将带有巯基的 DNA 适配体共价接枝到弹性体部分，，，， ，，而不是接到共轭半导体骨架上。。 。 。这样一来，，，， ，，导电通道只管不被破损；；；同时，，，， ，，由于弹性体和半导体靠得足够近，，，， ，，适配体识别皮质醇后带来的局部电势转变，，，， ，，仍然可以影响半导体中的电荷传输，，，， ，，并被晶体管读出。。 。 。
赵传真把这个设计称为“解耦”。。 。 。“我们想做的是，，，， ，，把生物功效化和电荷传输脱离。。 。 。”他说，，，， ，，“适配体接在弹性体上，，，， ，，半导体自己坚持不动，，，， ，，但两者在纳米标准上离得很近，，，， ，，以是适配体爆发的电势转变仍然能影响半导体的电学性子。。 。 。”
这个设计的利益很直接。。 。 。第一，，，， ，，半导体的导电骨架没有被破损，，，， ，，电学性能能只管保存；；；第二，，，， ，，适配体通过共价键牢靠，，，， ，，比物理吸附更稳固；；；第三，，，， ，，弹性体自己提供了可拉伸性，，，， ，，让整个器件更靠近皮肤或软组织的力学特征。。 。 。
“相当于一箭三雕。。 。 。”赵传真说，，，， ，，“既有生物选择性，，，， ，，又坚持了电学性能，，，， ，，同时还赋予它可拉伸的力学性子。。 。 。”
从数据上看，，，， ，，这种设计也确实带来了几个要害效果。。 。 。首先，，，， ，，适配体修饰后的传感器仍坚持了较好的电学性能；；；其次，，，， ，，这套传感器实现了皮摩尔级别的皮质醇检测；；；更主要的是稳固性。。 。 。论文显示，，，， ，，这类传感器在液体情形中可维持约 50 天事情能力，，，， ，，并能在 50% 拉伸应变下稳固运行。。 。 。
不过，，，， ，，赵传真也强调，，，， ，，在缓冲液中稳固事情并不即是已经解决了在人体内恒久使用的问题。。 。 。
“人体情形比缓冲液重大得多。。 。 。”他说，，，， ，，“会有卵白吸附、酶的攻击，，，， ，，也会有细胞反映。。 。 。对分子传感来说，，，， ，，若是外貌被堵住了，，，， ，，目的分子扩散不进来，，，， ，，就测不到信号。。 。 。”
也就是说，，，， ，，柔性可拉伸晶体管传感器真正进入人体，，，， ，，还需要继续解决生物污染、界面保唬；ず秃憔闷频任侍。。 。 。
这篇文章的配合第一作者，，，， ，，Qianhe Liu, 是斯坦福大学化工系的博士生，，，， ，，也是这篇事情的主要孝顺者。。 。 。
让柔性器件像古板芯片一样量产集成
若是 Science Advances 这篇论文解决的是可拉伸晶体管生物传感器怎么识别生物分子，，，， ，，那么揭晓于 Device 的另一项研究，，，， ，，则解决的是可拉伸晶体管怎么被高密度制造出来。。 。 。
这是柔性电子走向适用的另一个要害问题。。 。 。
已往许多可拉伸电子器件，，，， ，，更像实验室里的手工样品。。 。 。研究职员可以做出一个性能不错的晶体管，，，， ，，也可以做出小规模阵列，，，， ，，但要像古板芯片一样高密度、可重复、可集成地制造，，，， ，，就会遇到许多贫困。。 。 。原因在于，，，， ，，有机聚合物质料和古板芯片工艺并不自然兼容。。 。 。
硅基芯片可以遭受许多溶剂、高温顺等离子体刻蚀，，，， ，，因此可以在清洁间里一层层加工。。 。 。但聚合物半导体往往怕溶剂、怕等离子体、怕强刻蚀。。 。 。上一层刚做好，，，， ，，下一步工艺中的溶剂可能就会让它溶胀、损伤，，，， ，，甚至直接洗掉。。 。 。
因此，，，， ，，许多柔性器件已往依赖于手工掩模。。 。 。简朴说，，，， ，，就是用带孔的金属模板盖在质料上，，，， ，，通过遮挡来形成图案。。 。 。这种要领较量温顺，，，， ，，但弱点显着：需要人工瞄准，，，， ，，精度有限，，，， ，，通常只能做到 100 微米量级。。 。 。
“我们之前许多工艺照旧靠手动瞄准。。 。 。”赵传真说，，，， ，，“若是想把器件做到 10 微米，，，， ，，甚至 2 微米左右，，，， ，，就必需开发一套新的、和全柔性系统兼容的工艺。。 。 。”
为相识决这个问题，，，， ，，团队的思绪不是继续沿用手工掩膜，，，， ，，而是把可拉伸晶体管的制备只管拉回到清洁间工艺中。。 。 。
首先，，，， ，，他们使用可交联的聚合物半导体质料。。 。 。经由交联后，，，， ，，原本容易被溶剂破损的半导体薄膜会形成更稳固的网络结构，，，， ，，可以遭受后续光刻历程中接触到的有机溶剂。。 。 。
其次，，，， ，，团队没有直接在半导体上刻图案，，，， ，，而是在半导体上方先做一层保唬；げ，，，， ，，再对保唬；げ憔傩型夹位。。 。 。之后，，，， ，，通过这层保唬；げ惆淹及缸频较路桨氲继逯。。 。 。这样既能使用光刻工艺提高精度，，，， ，，又能镌汰对半导体性能的损伤。。 。 。
在这项研究中，，，， ，，团队建设了一套单片制造平台，，，， ，，把可拉伸晶体管的特征尺寸从约 100 微米推进到约 2 微米，，，， ，，提升约 50 倍。。 。 。同时，，，， ，，团队实现了每平方厘米约 55,000 个可拉伸晶体管的集成密度。。 。 。
（泉源：Device）
这意味着，，，， ，，同样面积下，，，， ，，可以放入更多晶体管。。 。 。晶体管数目越多，，，， ，，未来就越有可能在软电子系统里实现更重大的功效，，，， ，，而不但是简朴测一个信号。。 。 。
更主要的是，，，， ，，这套工艺不但适用于简单种类的半导体质料。。 。 。它可以兼容 p 型和 n 型聚合物半导体，，，， ，，从而进一步实现互补电路。。 。 。
在古板芯片中，，，， ，，p 型和 n 型晶体管的组合是 CMOS 电路的基础。。 。 。对可拉伸电子来说，，，， ，，能同时集成这两类晶体管，，，， ，，意味着它不再只是简朴的传感阵列，，，， ，，而可以最先构建更重大、更低功耗、更高增益的电路。。 。 。
这篇事情的第一作者袁雨嘉，，，， ，，现在是斯坦福大学电子工程系的博士生，，，， ，，正在继续将柔性电路的应用扩展到机械人触觉和可衣着装备上。。 。 。
下一代可衣着不但看心跳，，，， ，，更要读懂你的化学信号
事实上，，，， ，，在这两个事情之前，，，， ，，赵传真还在 2025 年揭晓过一项事情，，，， ，，重点解决柔性生物传感器中的信号漂移问题。。 。 。
柔性有机晶体管虽然适合贴近皮肤，，，， ，，但也更容易受到弯曲、拉伸、湿度、温度转变等影响。。 。 。关于生物传感器来说，，，， ，，这些滋扰可能会让信号逐步漂移，，，， ，，甚至盖过真正的分子响应。。 。 。
在那项揭晓于 Nature Electronics 的研究中，，，， ，，赵传真及相助者提出了一种基于“二极管毗连有机场效应晶体管”的皮肤式生物传感器。。 。 。简朴来说，，，， ，，他们用一个事情传感器和一个参考传感器同时丈量，，，， ，，然后相减抵消掉温度、拉伸、电压漂移等情形滋扰，，，， ，，实现了像皮肤一样柔软、可拉伸、且长时间监测不漂移的生物传感器，，，， ，，并乐成在人体汗液中实时追踪了皮质醇的转变。。 。 。
（泉源：Nature Electronics）
这项事情也让赵传真越创造确了自己的研究偏向：柔性电子真正要解决的，，，， ，，不但是把器件做软，，，， ，，也不但是把某一种分子测出来，，，， ，，而是要在重大、动态的人体情形中，，，， ，，恒久稳固地读出生化信号。。 。 。
“现在大部分可衣着装备测的是温度、压力、应变这些物理信号。。 。 。”他说，，，， ，，“我更想做的是化学分子级别的交互。。 。 。”
这种交互面向的是更深层的人体信息。。 。 。好比皮质醇反映应激状态，，，， ，，褪黑素和昼夜节律有关，，，， ，，多巴胺、血清素等神经递质则与情绪、念头、夸奖机制和神经精神疾病相关。。 。 。若是能恒久、稳固、一连地监测这些分子转变，，，， ，，未来可能为慢性疾病治理、心理康健评估、药物疗效监测提供新的工具。。 。 。
但从论文到应用，，，， ，，尚有不少难题。。 。 。赵传真以为，，，， ，，至少有三类问题有待解决。。 。 。
第一是生物污染。。 。 。传感器外貌进入真实人体情形后，，，， ，，会遇到卵白吸附、细胞沉积、酶降解等问题。。 。 。若是敏感界面被笼罩，，，， ，，目的分子进不来，，，， ，，传感器就会失效。。 。 。
第二是信号漂移。。 。 。有机柔性器件自己会漂移，，，， ，，拉伸和形变也会改变器件参数。。 。 。对弱分子信号来说，，，， ，，这种漂移会严重影响读数。。 。 。因此，，，， ，，需要在器件端做差分、放大和校正。。 。 。
第三是力学匹配。。 。 。相比硅基或金属氧化物质料，，，， ，，柔性聚合物已经软许多，，，， ，，但和脑组织等真实软组织相比，，，， ，，仍然保存差别。。 。 。质料越软，，，， ，，植入和封装又会带来新的工程问题。。 。 。
这也是赵传真接下来自力建组后想继续推进的偏向。。 。 。未来，，，， ，，他希望继续围绕三个界面睁开：生物识别界面、质料界面和信号界面。。 。 。在生物识别界面上，，，， ，，提升适配体中分子探针的恒久稳固性和可再生能力；；；在质料界面上，，，， ，，推进更低模量、更高生物相容性的柔性半导体质料；；；在信号界面上，，，， ，，使用高密度电路集成能力，，，， ，，探索原位信号处理、原位放大，，，， ，，甚至基于电化学信号的类脑盘算。。 。 。
1.https://www.czzhao.com/
2.Zhao, C., Park, J., Maulà, D. et al. Skin-like drift-free biosensors with stretchable diode-connected organic field-effect transistors. Nat Electron 8, 981–993 (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01465-4
3.Yuan et al., A monolithic fabrication platform for intrinsically stretchable polymer transistors and complementary circuits, Device (2026), https://doi.org/10.1016/j.device.2026.101204
4.Zhao, Chen, et al. Biofunctionalized Polymer Semiconductors Toward Soft and Stretchable Transistor-Based Biosensors.Science Advances（2026）,https://doi.org/10.1126/sciadv.aec2641.
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