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清华-首医联合团队︱Mater. Horiz. : 液态金属交互电子皮肤与CT影像辅助精准定位 清华-首医联合团队︱Mater. Horiz. : 液态金属交互电子皮肤与CT影像辅助精准定位

清华-首医联合团队︱Mater. Horiz. : 液态金属交互电子皮肤与CT影像辅助精准定位 清华-首医联合团队︱Mater. Horiz. : 液态金属交互电子皮肤与CT影像辅助精准定位

  • 分类:新闻资讯
  • 作者:科匠学术
  • 来源:
  • 发布时间:2020-04-30
  • 访问量:0

【概要描述】  本文由通讯作者-刘静教授、第一作者-国瑞博士生受邀撰写,由衷感谢他们对科匠学术的支持!
  一、研究背景:
  不同于传统的固态金属导电材料,以金属镓为基体的室温液态金属在常温下即可保持液体状态,并且具有生物安全性高、导电性强,流动性好等优点。基于液态金属材料的独特优势,近年来,科研工作者将液态金属用于柔性电子的制备中,开发出一系列的柔性电子设备,在生物医学、人机交互以及柔性机器等领域得到应用。室温下呈流动状态的液态金属材料具有很高的表面张力,不利于直接进行电子印刷,往往采用微流道注射等方式进行制造。这种方法工艺复杂,制备流程长,不利于大面积批量制备液态金属柔性电路。

  二、文章简介:

  针对上述问题,清华大学医学院刘静教授课题组与首都医科大学宣武医院卢洁教授课题组联合开发出一种液态金属电子皮肤贴片,可实现液态金属电子皮肤的快速、大规模生产。该文章还将这种液态金属电子皮肤贴片应用于交互式电子电路,以及作为CT辅助定位标记物,帮助医生在CT图像中准确定位病灶位置,相关成果发表在Materials Horizons,博士生国瑞为第一作者,崔碧霄博士为共同第一作者。

  

  三、文章内容:

  该项研究使用了一种混合金属铜微颗粒的复合液态金属材料(Cu-EGaIn),这种材料具有较高的导电性,并且在不同粗糙度的基底表面具有明显的选择粘附性。在该项研究中,实验人员首先将聚丙烯酸甲酯(PMA)和碳粉依次印刷在水转印纸表面,之后将Cu-EGaIn材料滚涂在其表面。由于碳粉的粗糙表面使得液态金属难以粘附在其表面,而PMA对液态金属表现出良好的粘附性,因此液态金属只粘附在PMA表面,并形成特定的电子电路图案。之后结合相关的电子元件,并用柔性硅胶材料(Ecoflex)进行封装。最后在水溶液中去除水转印纸基底,即可直接贴敷在皮肤表面。这种制备方法利用激光打印机打印碳粉涂层以及滚涂方式印刷液态金属材料,可以方便快捷地进行大批量的液态金属贴片制备。本研究利用该方法在人体皮肤和三维物体表面制作出多种柔性电子电路。

  

  图1. 液态金属纹身贴片的制备流程。

  此外,该研究将液态金属纹身贴片制作成不同尺寸的圆形CT定位标记物,并贴敷在水模和实验动物的体表。实验表明在不同的扫描模式下(80kV,120Kv),液态金属标记物均能获得较高的CT值。在实验动物头部、胸部以及腹部贴敷的液态金属CT定位标记物均表现出远高于生物组织的CT值,并能够通过图像分割获得多个标记物与生物组织之间的几何位置关系。基于Cu-EGaIn材料的纹身贴片对X射线的阻挡能力远高于人体组织,因此将液态金属纹身贴片贴敷在病灶周围的皮肤表面,结合CT断层扫描,在获得的CT断层图像中,液态金属纹身贴片反映出很强的放射成像效果,可辅助医生或手术机器人确定病灶与体表贴片的几何位置关系以及穿刺引导和手术治疗。

  

  图2. 基于液态金属纹身贴片的CT定位标记物。

  四、总结与展望:

  本工作中,结合激光打印机的快速印刷和液态金属功能材料的高导电性、高放射成像能力,开发出一种基于液态金属的电子皮肤快速制备方法,并将其用于人机交互和CT辅助定位等实际应用场合。该研究显示液态金属材料在生物医学影像诊断领域有着广阔的应用前景。在未来的研究工作中,研究人员将利用该液态金属电子皮肤贴片与智能化手术机器人系统结合,开发出诊疗一体化的CT辅助手术系统。

  五、致谢:

  感谢国家自然科学基金项目(No. 51890893、No.91748206)的资助。

  点击文末「阅读原文」,直达文献。

  Authors: Rui Guo†, Bixiao Cui†, Xiaojing Zhao, Minghui Duan, Xuyang Sun, Ruiqi Zhao, Lei Sheng, Jing Liu*, and Jie Lu*

  Title: Cu-EGaIn enabled stretchable e-skin for interactive electronics and CT assistant localization

  Published in: Materials Horizons, doi: 10.1039/C9MH02066G.

清华-首医联合团队︱Mater. Horiz. : 液态金属交互电子皮肤与CT影像辅助精准定位 清华-首医联合团队︱Mater. Horiz. : 液态金属交互电子皮肤与CT影像辅助精准定位

【概要描述】  本文由通讯作者-刘静教授、第一作者-国瑞博士生受邀撰写,由衷感谢他们对科匠学术的支持!
  一、研究背景:
  不同于传统的固态金属导电材料,以金属镓为基体的室温液态金属在常温下即可保持液体状态,并且具有生物安全性高、导电性强,流动性好等优点。基于液态金属材料的独特优势,近年来,科研工作者将液态金属用于柔性电子的制备中,开发出一系列的柔性电子设备,在生物医学、人机交互以及柔性机器等领域得到应用。室温下呈流动状态的液态金属材料具有很高的表面张力,不利于直接进行电子印刷,往往采用微流道注射等方式进行制造。这种方法工艺复杂,制备流程长,不利于大面积批量制备液态金属柔性电路。

  二、文章简介:

  针对上述问题,清华大学医学院刘静教授课题组与首都医科大学宣武医院卢洁教授课题组联合开发出一种液态金属电子皮肤贴片,可实现液态金属电子皮肤的快速、大规模生产。该文章还将这种液态金属电子皮肤贴片应用于交互式电子电路,以及作为CT辅助定位标记物,帮助医生在CT图像中准确定位病灶位置,相关成果发表在Materials Horizons,博士生国瑞为第一作者,崔碧霄博士为共同第一作者。

  

  三、文章内容:

  该项研究使用了一种混合金属铜微颗粒的复合液态金属材料(Cu-EGaIn),这种材料具有较高的导电性,并且在不同粗糙度的基底表面具有明显的选择粘附性。在该项研究中,实验人员首先将聚丙烯酸甲酯(PMA)和碳粉依次印刷在水转印纸表面,之后将Cu-EGaIn材料滚涂在其表面。由于碳粉的粗糙表面使得液态金属难以粘附在其表面,而PMA对液态金属表现出良好的粘附性,因此液态金属只粘附在PMA表面,并形成特定的电子电路图案。之后结合相关的电子元件,并用柔性硅胶材料(Ecoflex)进行封装。最后在水溶液中去除水转印纸基底,即可直接贴敷在皮肤表面。这种制备方法利用激光打印机打印碳粉涂层以及滚涂方式印刷液态金属材料,可以方便快捷地进行大批量的液态金属贴片制备。本研究利用该方法在人体皮肤和三维物体表面制作出多种柔性电子电路。

  

  图1. 液态金属纹身贴片的制备流程。

  此外,该研究将液态金属纹身贴片制作成不同尺寸的圆形CT定位标记物,并贴敷在水模和实验动物的体表。实验表明在不同的扫描模式下(80kV,120Kv),液态金属标记物均能获得较高的CT值。在实验动物头部、胸部以及腹部贴敷的液态金属CT定位标记物均表现出远高于生物组织的CT值,并能够通过图像分割获得多个标记物与生物组织之间的几何位置关系。基于Cu-EGaIn材料的纹身贴片对X射线的阻挡能力远高于人体组织,因此将液态金属纹身贴片贴敷在病灶周围的皮肤表面,结合CT断层扫描,在获得的CT断层图像中,液态金属纹身贴片反映出很强的放射成像效果,可辅助医生或手术机器人确定病灶与体表贴片的几何位置关系以及穿刺引导和手术治疗。

  

  图2. 基于液态金属纹身贴片的CT定位标记物。

  四、总结与展望:

  本工作中,结合激光打印机的快速印刷和液态金属功能材料的高导电性、高放射成像能力,开发出一种基于液态金属的电子皮肤快速制备方法,并将其用于人机交互和CT辅助定位等实际应用场合。该研究显示液态金属材料在生物医学影像诊断领域有着广阔的应用前景。在未来的研究工作中,研究人员将利用该液态金属电子皮肤贴片与智能化手术机器人系统结合,开发出诊疗一体化的CT辅助手术系统。

  五、致谢:

  感谢国家自然科学基金项目(No. 51890893、No.91748206)的资助。

  点击文末「阅读原文」,直达文献。

  Authors: Rui Guo†, Bixiao Cui†, Xiaojing Zhao, Minghui Duan, Xuyang Sun, Ruiqi Zhao, Lei Sheng, Jing Liu*, and Jie Lu*

  Title: Cu-EGaIn enabled stretchable e-skin for interactive electronics and CT assistant localization

  Published in: Materials Horizons, doi: 10.1039/C9MH02066G.

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  • 发布时间:2020-04-30
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本文由通讯作者-刘静教授、第一作者-国瑞博士生受邀撰写,由衷感谢他们对科匠学术的支持!

  一、研究背景:

  不同于传统的固态金属导电材料,以金属镓为基体的室温液态金属在常温下即可保持液体状态,并且具有生物安全性高、导电性强,流动性好等优点。基于液态金属材料的独特优势,近年来,科研工作者将液态金属用于柔性电子的制备中,开发出一系列的柔性电子设备,在生物医学、人机交互以及柔性机器等领域得到应用。室温下呈流动状态的液态金属材料具有很高的表面张力,不利于直接进行电子印刷,往往采用微流道注射等方式进行制造。这种方法工艺复杂,制备流程长,不利于大面积批量制备液态金属柔性电路。

  二、文章简介:

  针对上述问题,清华大学医学院刘静教授课题组与首都医科大学宣武医院卢洁教授课题组联合开发出一种液态金属电子皮肤贴片,可实现液态金属电子皮肤的快速、大规模生产。该文章还将这种液态金属电子皮肤贴片应用于交互式电子电路,以及作为CT辅助定位标记物,帮助医生在CT图像中准确定位病灶位置,相关成果发表在Materials Horizons,博士生国瑞为第一作者,崔碧霄博士为共同第一作者。

  

  三、文章内容:

  该项研究使用了一种混合金属铜微颗粒的复合液态金属材料(Cu-EGaIn),这种材料具有较高的导电性,并且在不同粗糙度的基底表面具有明显的选择粘附性。在该项研究中,实验人员首先将聚丙烯酸甲酯(PMA)和碳粉依次印刷在水转印纸表面,之后将Cu-EGaIn材料滚涂在其表面。由于碳粉的粗糙表面使得液态金属难以粘附在其表面,而PMA对液态金属表现出良好的粘附性,因此液态金属只粘附在PMA表面,并形成特定的电子电路图案。之后结合相关的电子元件,并用柔性硅胶材料(Ecoflex)进行封装。最后在水溶液中去除水转印纸基底,即可直接贴敷在皮肤表面。这种制备方法利用激光打印机打印碳粉涂层以及滚涂方式印刷液态金属材料,可以方便快捷地进行大批量的液态金属贴片制备。本研究利用该方法在人体皮肤和三维物体表面制作出多种柔性电子电路。

  

  图1. 液态金属纹身贴片的制备流程。

  此外,该研究将液态金属纹身贴片制作成不同尺寸的圆形CT定位标记物,并贴敷在水模和实验动物的体表。实验表明在不同的扫描模式下(80kV,120Kv),液态金属标记物均能获得较高的CT值。在实验动物头部、胸部以及腹部贴敷的液态金属CT定位标记物均表现出远高于生物组织的CT值,并能够通过图像分割获得多个标记物与生物组织之间的几何位置关系。基于Cu-EGaIn材料的纹身贴片对X射线的阻挡能力远高于人体组织,因此将液态金属纹身贴片贴敷在病灶周围的皮肤表面,结合CT断层扫描,在获得的CT断层图像中,液态金属纹身贴片反映出很强的放射成像效果,可辅助医生或手术机器人确定病灶与体表贴片的几何位置关系以及穿刺引导和手术治疗。

  

  图2. 基于液态金属纹身贴片的CT定位标记物。

  四、总结与展望:

  本工作中,结合激光打印机的快速印刷和液态金属功能材料的高导电性、高放射成像能力,开发出一种基于液态金属的电子皮肤快速制备方法,并将其用于人机交互和CT辅助定位等实际应用场合。该研究显示液态金属材料在生物医学影像诊断领域有着广阔的应用前景。在未来的研究工作中,研究人员将利用该液态金属电子皮肤贴片与智能化手术机器人系统结合,开发出诊疗一体化的CT辅助手术系统。

  五、致谢:

  感谢国家自然科学基金项目(No. 51890893、No.91748206)的资助。

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