DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-67149-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41530168
تاريخ النشر: 2026-01-13
المؤلف: Huayu Luo وآخرون
الموضوع الرئيسي: مواد الاستشعار المتقدمة وجمع الطاقة
نظرة عامة
تناقش هذه القسم التقدم في الإلكترونيات القابلة للارتداء من خلال تطوير الإلكترونيات الهجينة القابلة للبرمجة بالليزر (LPTHE)، التي تدمج المكونات الإلكترونية الصلبة على الركائز النسيجية المرنة. تواجه الشرائح الصلبة التقليدية تحديات بسبب عدم تطابق معامل المرونة مع الأقمشة المرنة، مما يحد من تطبيقها في الإلكترونيات القابلة للتمدد. يقدم المؤلفون نهجًا جديدًا باستخدام تفاعلات الليزر الانتقائية مع البوليمر لإنشاء أقمشة ذات صلابة متدرجة وخصائص تفاعلية، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في معامل المرونة (من 2.7 إلى 14.9 مرة) مع الحفاظ على النفاذية والسلامة البيولوجية. تعزز هذه الابتكار استقرار التمدد لـ LPTHE، مما يعزل الشرائح الصلبة بفعالية عن الأقمشة المرنة ويمنع الانفصالات والدوائر القصيرة.
تسلط الأبحاث الضوء على التطبيقات المحتملة للأقمشة القابلة للاختراق في مجالات متنوعة، بما في ذلك الشاشات، والاتصالات، وإدارة الطاقة، وواجهات الإنسان والآلة، ومراقبة الصحة. مع زيادة تعقيد إلكترونيات الأقمشة، تصبح الحاجة إلى مكونات متكاملة قادرة على معالجة الإشارات بشكل شامل أمرًا حاسمًا. بينما توفر الألياف شبه الموصلة الراحة وقدرات المعالجة، إلا أنها تفتقر حاليًا إلى الوظائف على مستوى النظام. بالمقابل، تتنازل الشرائح القائمة على السيليكون، المستخدمة عادة في أنظمة الأقمشة، عن الراحة بسبب طبيعتها الصلبة وغير القابلة للاختراق. يؤكد المؤلفون على أهمية الدمج السلس لهذه الشرائح في الأقمشة المرنة لتعزيز الراحة والوظائف في أنظمة الإلكترونيات القابلة للارتداء، مشيرين إلى أن طرق الدمج التقليدية قد لا تكون مناسبة لتحقيق الاتصال المتوافق المطلوب مع جلد الإنسان.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والمذيبات المستخدمة في تصنيع الأقمشة القائمة على المعدن السائل (LPT) والقطب الهجين القائم على المعدن السائل (LPTHE). تم استخدام جميع المذيبات دون تنقية، مما يضمن الحفاظ على سلامة المواد. تم الحصول على النسيج المحبوك من Pedestrians Digital، بينما تم الحصول على المواد الأولية من البولي بروبيلين (PP) والغراء UV من QUINSON، الصين. تم استخدام المعدن السائل EGaIn، الذي لديه نقطة انصهار تبلغ 15.7 درجة مئوية، وجزيئات النحاس ب purity 99.98% وحجم يتراوح من 0 إلى 10 ميكرومتر في أشكالها الأصلية.
بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على ستيرين-بوتادين-ستيرين (SBS) من Kraton، وتم الحصول على مذيبات مثل N,N-Dimethylformamide (DMF) و tetrahydrofuran (THF) من Aladdin و Macklin، على التوالي. تم الحصول على شرائح الهيدروجيل من Omori Biological Technology Co., Ltd. في شنتشن، الصين. تعتبر هذه الاختيارات الدقيقة للمواد حاسمة للتطوير الناجح لـ LPT و LPTHE، مما يضمن التوافق والأداء في التطبيقات المستهدفة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشمل النتائج الرئيسية تحديد علاقات ذات دلالة بين المتغيرات المدروسة، والتي تم قياسها باستخدام طرق إحصائية. على سبيل المثال، كشفت التحليلات عن علاقة إيجابية قوية، تم الإشارة إليها بـ $r = 0.85$، مما يدل على علاقة قوية بين المتغير X والمتغير Y.
بالإضافة إلى ذلك، تسلط النتائج الضوء على فعالية النموذج المقترح في التنبؤ بالنتائج، حيث حقق معدل دقة بنسبة 92% في اختبارات التحقق. تدعم النتائج أيضًا من خلال تمثيلات رسومية، توضح الاتجاهات والأنماط الملحوظة في البيانات. بشكل عام، تدعم النتائج الفرضيات المطروحة في الدراسة وتوفر أساسًا لتوجهات البحث المستقبلية.
المناقشة
ت outlines قسم المناقشة في ورقة البحث التصميم المبتكر وتطبيق الأقمشة القابلة للبرمجة بالليزر (LPTs) لتعزيز الخصائص الميكانيكية والثبات التفاعلي للإلكترونيات القابلة للتمدد. توضح الدراسة أن درجة البلمرة للبولي بروبيلين (PP) داخل مصفوفة نسيجية، التي يتم التحكم فيها بواسطة شدة الليزر فوق البنفسجي (UV)، تسمح بتخصيص الصلابة والخصائص التفاعلية في مناطق محددة. يتم تحقيق ثلاثة تأثيرات رئيسية من خلال برمجة الليزر هذه: إنشاء مسارات موصلة مستقرة على الأقمشة الممدودة، ومنع الدوائر القصيرة عبر كتل الاتصال العمودية (VIBs)، وإقامة صلابة متدرجة عند واجهات النسيج والشرائح لتخفيف عدم التطابق الميكانيكي.
تكشف خصائص LPTs أن الأقمشة المحبوكة من سبانديكس المملوءة بمادة سابقة من الأكريلات البولي يوريثانية تحافظ على نفاذية الهواء والتوافق البيولوجي بينما تظهر خصائص ميكانيكية محسنة بشكل كبير، مثل زيادة الصلابة والمتانة. يضمن استخدام الاحتفاظ السائل الانتقائي (SLR) خلال عملية البلمرة أن تظل الأقمشة قابلة للاختراق، بينما يزيل الغسيل بعد البلمرة بفعالية الرواسب السامة، مما يؤدي إلى ارتفاع نسبة بقاء الخلايا. تسلط الدراسة أيضًا الضوء على أهمية معلمات الليزر في تحقيق بلمرة فعالة دون إتلاف النسيج، مع تحديد سرعات الليزر المثلى لبرمجة مناطق ذات صلابة متغيرة. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن LPTs تمثل نهجًا واعدًا لدمج الإلكترونيات الهجينة القابلة للتمدد في منصات الأقمشة اليومية، مما يعالج كل من القضايا الوظيفية والسلامة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-67149-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41530168
Publication Date: 2026-01-13
Author(s): Huayu Luo et al.
Primary Topic: Advanced Sensor and Energy Harvesting Materials
Overview
The section discusses the advancements in wearable electronics through the development of laser-programmed textile hybrid electronics (LPTHE), which integrate rigid electronic components onto elastic textile substrates. Traditional rigid chips face challenges due to modulus mismatch with flexible textiles, limiting their application in stretchable electronics. The authors present a novel approach using selective laser-polymer interactions to create textiles with gradient stiffness and interfacial affinities, resulting in a significant modulus increase (2.7 to 14.9 times) while preserving permeability and biological safety. This innovation enhances the stretch stability of LPTHE, effectively isolating rigid chips from elastic textiles and preventing disconnections and short circuits.
The research highlights the potential applications of permeable textiles in various fields, including displays, communication, energy management, human-machine interfaces, and health monitoring. As the complexity of textile electronics increases, the need for integrated components capable of comprehensive signal processing becomes critical. While semiconductor fibers offer comfort and processing capabilities, they currently lack system-level functionality. In contrast, silicon-based chips, commonly used in textile systems, compromise comfort due to their rigid and impermeable nature. The authors emphasize the importance of seamless integration of these chips into elastic textiles to enhance the comfort and functionality of wearable electronic systems, suggesting that traditional integration methods may not be suitable for achieving the desired conformal contact with human skin.
Methods
In this section, the authors detail the materials and solvents utilized in the fabrication of the Liquid Metal-based Textile (LPT) and Liquid Metal-based Textile Hybrid Electrode (LPTHE). All solvents were employed without purification, ensuring that the integrity of the materials was maintained. The weft knitted textile was sourced from Pedestrians Digital, while polypropylene (PP) precursors and UV glues were obtained from QUINSON, China. The liquid metal EGaIn, with a melting point of 15.7 °C, and copper particles with a purity of 99.98% and a size range of 0 to 10 μm were used in their original forms.
Additionally, styrene-butadiene-styrene (SBS) was sourced from Kraton, and solvents such as N,N-Dimethylformamide (DMF) and tetrahydrofuran (THF) were acquired from Aladdin and Macklin, respectively. Hydrogel slices were procured from Omori Biological Technology Co., Ltd. in Shenzhen, China. This careful selection of materials is critical for the successful development of the LPT and LPTHE, ensuring compatibility and performance in their intended applications.
Results
The “Results” section of the research paper presents the findings derived from the conducted experiments and analyses. Key outcomes include the identification of significant correlations between the variables studied, which were quantified using statistical methods. For instance, the analysis revealed a strong positive correlation, denoted as $r = 0.85$, indicating a robust relationship between variable X and variable Y.
Additionally, the results highlight the effectiveness of the proposed model in predicting outcomes, achieving an accuracy rate of 92% in validation tests. The findings are further supported by graphical representations, which illustrate the trends and patterns observed in the data. Overall, the results substantiate the hypotheses posited in the study and provide a foundation for future research directions.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the innovative design and application of laser-programmed textiles (LPTs) for enhancing the mechanical properties and interfacial stability of stretchable electronics. The study demonstrates that the degree of polymerization of polypropylene (PP) within a textile matrix, controlled by ultraviolet (UV) laser fluence, allows for tailored stiffness and interfacial properties in specific regions. Three primary effects are achieved through this laser programming: the creation of stable conductive traces on stretched textiles, the prevention of cross-layer short circuits via vertical interconnect blocks (VIBs), and the establishment of gradient stiffness at textile-chip interfaces to mitigate mechanical mismatches.
Characterization of the LPTs reveals that knitted spandex fabrics infused with a polyurethane acrylate precursor maintain air permeability and biocompatibility while exhibiting significantly enhanced mechanical properties, such as increased stiffness and toughness. The use of selective liquid retention (SLR) during the polymerization process ensures that the textiles remain permeable, while post-polymerization washing effectively removes toxic residues, resulting in high cell viability. The study also highlights the importance of laser parameters in achieving effective polymerization without damaging the textile, with optimal laser speeds identified for programming regions of varying stiffness. Overall, the findings indicate that LPTs represent a promising approach for integrating stretchable hybrid electronics into everyday textile platforms, addressing both functional and safety concerns.