激光刻写历程及其行使的图示图片来历：Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.aaz2743

　　正在原料科学周围，导体和半导体原料可能被嵌入绝缘的会合物基底中，以正在生物界面上得以行使。然而，直接通过化学历程获得如此一种复合布局却极具挑衅性。激光辅助合成是一种用于制备众种原料的疾捷且本钱低廉的本领方法，可是这种本领正在筑设生物物理器械和生物医学原料方面的行使还并未被深切筹议过。正在一篇近来的报道中，Vishnu Nair与一支来自芝加哥大学和西北大学，网络了化学、分子工程、物理学和原子探针断层扫描周围人才的科研团队互助，行使激光刻写将聚二甲基硅氧烷（PDMS）基质的个别区域更改成为氮掺杂的立方碳化硅（3C-SiC）。他们通过行使海绵状的石墨层将致密的立方碳化硅层与PDMS基质衔接，擢升了这两层皮相之间的电化学和光电化学活性。他们也开垦了正在PDMS皮相的二维碳化硅图样以及独立的碳化硅三维构制。Nair等人同时也为这些激光筑设的复合体原料创造了效力行使的本原，他们先是将其行使正在柔性电极上，用于刺激离体心脏搏动；又将之行使正在光化学电极上，为光滑肌片层限制输送过氧化物。这项作事现现在已公布于《科学发扬》。

　　激光辅助的原料合成因为其简便的行使、低廉的本钱，以及其天下无双的制备丰富众相布局的才能而被时常行使。激光筑设的复合原料的策画道理也可能拓展为生物传感和性命行动研发的原料和器件。比方，科学家们曾行使激光刻写来制备基于石墨/石墨烯的导体原料，并用于汗液中代谢物的电化学检测。正在现今的这一作事中，筹议团队选用除了硅除外的另一种原料平台，达成了对众标准的生物组分举行电学、电化学、光化学，以及光热把持。硅的污点囊括其正在心理前提下会降解以及其有限的电化学本能。比拟擢升布局的准确性，生物电子器件和生物原料必须要更珍视擢升操作的机动性。所以，正在生物界面筹议中继续存正在着引入激光刻写本领或者基于喷嘴的喷印本领的需求，用以开垦经济朴实，而且用户友谊的原料和器件。

　　扫描电子显微镜-能量色散X射线谱 （SEM-EDS）揭示了3C-SiC-MnOx的化学构成。图片来历：Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.aaz2743Nair等人正在这一作事中行使碳化硅的情由正在于其正在半导体工业中的主要性。假使其合成需求厉苛的前提，立方3C晶型的碳化硅（3C-SiC）仍具有高电子迁徙率、高热导率，以及高饱和漂移速度的特色。该筹议团队行使PDMS（聚二甲基硅氧烷）动作前体，呈现了3C-SiC通过激光刻写获得的二维和三维图样。通过正在富氮空气下行使激光烧蚀，他们获得了一层致密的碳化硅层，进而遵从料念的几何形态制备出这种复合原料。碳化硅正在嵌入的石墨收集的助助下，揭示出了赝电容性的电化学本质和光电化学活性。筹议者们又行使二氧化锰将碳化硅效力化，以进一步擢升其光电化学活性。愚弄这些基于碳化硅的器件，他们告成正在离体心脏和提拔的细胞中达成了对性命行动的操控。这项作事揭示出了激光刻写是奈何为生物界面筹议高效地筑设机动的众效力柔性半导体原料的。

　　行使碳化硅仿生器件对人类主动脉光滑肌细胞进暗害激。图片来历：Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.aaz2743正在测验中，Nair等人打定了一块纯净的PDMS会合物平板，并正在一台商用激光切割平台大将其烧蚀出念要的图样。这个历程会将会合物原料转化成一种通过一层深色薄层相联着PDMS基质的黄色固体。筹议团队行使暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）、透射电子显微镜（TEM），以及选区电子衍射（SAED）解析了其布局。结果显示出了正在界面两侧区别是带有井然晶体的致密固体层与肖似石墨的海绵状层状晶格收集。这些结果外明了这种一步式合成法告成制备出了由海绵状石墨收集相联着3C-SiC和PDMS的布局。激光光点的直射爆发的高温大概促使了PDMS转化为SiC，而界限境况相对低极少的温度则大概导致了石墨的酿成。最终所获得的这种基于热梯度酿成的半导体-导体结看待很众电化学与光电化学器件而言都是必须的组件。正在已毕了一次通常的激光扫描之后，筹议团队又对基底上的刻线或沟槽的宽度与深度举行了把持，以便举行半导体-柔性体复合原料的可控开垦。动作一个观点上的验证，他们将一张二维丹青向量化后打印正在了PDMS上，然后愚弄拉曼光谱扫描，以从细节上检测SiC的酿成。看待三维打印，他们则行使了逐层打印的本领，通过正在打印好了SiC的一层PDMS基质上增加一层新的PDMS基质，继而再正在新基质进取行打印的本领以抵达SiC正在层间的维系。Nair等人正在打印好的3C-SiC-石墨-PDMS复合原料上筹议了3C-SiC的电化学本质。他们最先将石墨-SiC复合层的石墨侧通过银浆相联上铜导线，使之成为一个电极，然后再将所有安装密封起来，只让致密的SiC败露于电解质中。纪录下来的双电层电容及低落的电荷迁徙阻抗则可能助助筹议者们让安装正在生物调控测验中达成复合原料皮相与细胞和构制之间更佳的巧合。这些科学家接下来打印出了基于SiC的柔性生物电子器件，并测试了其正在构制刺激上的效力。他们先固定了一颗还正在搏动的大鼠心脏，然后将柔性SiC器件安顿于正在支配心室上以对心脏供应电信号刺激。心脏受到刺激时，心律同时与刺激信号的频率同步，骚扰了心电图，显示出显著的超速起搏恶果。而当电刺激松手时，心脏又回归了其慢慢的房室结节律。这一测验显示了SiC-石墨-PDMS复合原料十足可能行使于对构制和器官的调治。除此除外，Nair等人还筹议了SiC皮相正在光引发后的电化学本质。结果显示打印出的3C-SiC器件具有动作光阳极的本质。他们通过水被氧化成过氧化氢的化学反映外明了这一发掘，并基于这一结果，进一步提出了相应的筹议计划以明白他们所张望到的催化历程的切实机理。鉴于过氧化氢以及其他活性氧物种普通正在光滑肌细胞的调治中饰演主要功用，该团队用3C-SiC动作过氧化氢源，筹议了过氧化氢对肌肉的刺激恶果。按照测验结果，他们提出了将这种器件行使于长途医疗，用以正在创伤手术中助助血管屈曲，或者正在慢性脊髓毁伤后助助括约肌屈曲。通过这种本领，Vishnu Nair及其同事们呈现了奈何用激光正在PDMS基底上二维或三维地刻写出氮掺杂的3C-SiC。获得的SiC层与PDMS酿成了软硬的无缝接合。这种柔性器件可能动作离体心脏的刺激电极，亦可能动作光电极正在限制爆发过氧化氢。这些科学家的宗旨是将这种半导体-柔性体复合原料无缝整合到对“芯片上的器官”或“芯片上的类器官”的筹议中，或者愚弄其光电化学本质将其整合到微流体体系中。之后的筹议也会更为确实地探究这种器件爆发过氧化氢的电化学机理。