20 Ιανουαρίου 2024
(Προβολέας Nanowerk) Οι ηλεκτρονικές συσκευές που είναι πολύπλοκα τοποθετημένες στο ανθρώπινο δέρμα έχουν από καιρό αιχμαλωτίσει την επιστημονική φαντασία, δελεάζοντας τους ειδικούς υποσχόμενοι μια απρόσκοπτη σύντηξη ανθρώπου και μηχανής. Ένα τέτοιο κύκλωμα που αγκαλιάζει το δέρμα θα μπορούσε να ξεκλειδώσει ιατρικούς αισθητήρες πρωτοφανούς οξύτητας ή βιονικά άκρα που συνδέονται με το νευρικό σύστημα. Όμως, παρά τις δεκαετίες επιμελούς έρευνας, τα ανεπαρκή υλικά έχουν εμποδίσει την πρόοδο προς αυτόν τον οραματικό στόχο.
Τώρα μια ομάδα Κινέζων επιστημόνων υλικών αναφέρει μια σημαντική ανακάλυψη στην κατασκευή λεπτών φιλμ ιστών ιδανικών για την τοποθέτηση εύκαμπτων ηλεκτρονικών. Δημοσίευση σε Προηγμένων Υλικών (“Aramid Nanodielectrics for Ultraconformal Transparent Electronic Skins”), ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Nankai περιγράφουν λεπτομερώς τα προσαρμοσμένα «αραμιδικά νανοδιηλεκτρικά» πολυμερή στρώματά τους - που ονομάζονται ANDs - τα οποία συνδυάζουν μοναδικά το πάχος της νανοκλίμακας και την ευελιξία που μοιάζει με πτερύγια με ανθεκτική αντοχή σε θερμικές και χημικές καταπονήσεις που θα κατέστρεφαν πιο εύθραυστα φιλμ.
Με πάχος μόλις 100 νανόμετρα – χιλιάδες φορές πιο λεπτές από ανθρώπινη τρίχα – οι μεμβράνες AND συνδυάζουν υψηλή αντοχή με εύκολη πρόσφυση στο δέρμα. Είναι επίσης διαφανή, αναπνέουν και αντέχουν σε θερμοκρασίες άνω των 300 °C.
Επίδειξη υπερσυμμορφούμενων ηλεκτρονικών βασισμένων σε AND. α) Η ιεραρχική δομή των αραμιδικών ινών. β) Σχηματικές απεικονίσεις της διαδικασίας κατασκευής και αυτο-αποκόλλησης των συσκευών. γ) Φωτογραφία των συσκευών σε AND που κατασκευάζονται σε γκοφρέτα πυριτίου 3 ιντσών. δ) Φωτογραφία που δείχνει τη διαδικασία αυτο-αποκόλλησης των AND. ε, στ) Φωτογραφίες των υπερσυμμορφικών ηλεκτρονικών που βασίζονται σε AND που μεταφέρονται σε ε) ανθρώπινο δέρμα και στ) σε φύλλο. (Ανατύπωση με άδεια από την Wiley-VCH Verlag)
«Για αναδυόμενες εφαρμογές όπως η βιοηλεκτρονική, η σύμμορφη επαφή με την τοπική επιφάνεια επιτρέπει την απόκτηση σήματος ακριβείας και την άνεση», εξηγεί ο ανώτερος συγγραφέας Δρ. Jian Zhu, επιστήμονας υλικών στο Πανεπιστήμιο Nankai. «Οι ταινίες μας AND μπορούν να επιτρέψουν στα ηλεκτρονικά που μοιάζουν με το δέρμα να προσαρμοστούν απόλυτα στην περίπλοκη τοπολογική υφή του ανθρώπινου δέρματος».
Το όραμα της ηλεκτρονικής που συνδυάζεται απρόσκοπτα με την ανθρώπινη φυσιολογία έχει τροφοδοτήσει ένθερμη έρευνα για δεκαετίες. Επίσης μεταγλωττίστηκε "επιδερμική ηλεκτρονική», η ιδέα έγινε δημοφιλής το 2011 όταν ο βιοϊατρικός μηχανικός John Rogers στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις αποκάλυψε συσκευές «επιδερμικής προσωρινής μεταφοράς τατουάζ» που κολλούν απευθείας στο δέρμα, ανιχνεύουν την κίνηση και τον καρδιακό ρυθμό. Αλλά τέτοια πρώιμα σχέδια αντιμετώπισαν περιορισμούς όπως πιθανό ερεθισμό του δέρματος κατά τη μακροχρόνια χρήση.
Η βασική πρόκληση ήταν η επινόηση επαρκώς λεπτών αλλά ανθεκτικών υλικών που μπορούν να υποστηρίξουν ηλεκτρονικά εξαρτήματα ενώ λυγίζουν ανεπαίσθητα στο δέρμα. Τα ελαστομερή παρέχουν ελαστικότητα αλλά ελάχιστη διαπνοή. Οι πολυμερείς μεμβράνες όπως το παρυλένιο υπερέχουν ως μονωτές, αλλά αποδεικνύονται δυσκίνητοι στο χειρισμό σε νανοκλίμακα. Άλλες επιλογές όπως το πολυιμίδιο απαιτούν πολύπλοκη χημική επεξεργασία χρησιμοποιώντας ασταθή θυσιαστικά στρώματα.
Οι ερευνητές του Nankai ακολούθησαν μια αντισυμβατική προσέγγιση, αντλώντας το νανοδιηλεκτρικό τους από πολυμερές αραμιδίου, το ίδιο ανθεκτικό υλικό που χρησιμοποιείται στα αλεξίσφαιρα γιλέκα Kevlar. Ονομάζουν τις ταινίες ANDs.
«Το νανοδιηλεκτρικό μας αραμίδιο υπόσχεται πολλά ως διηλεκτρικά για μελλοντικά ηλεκτρονικά που μοιάζουν με το δέρμα», λέει ο Zhu.
Η ομάδα απολεπίζει το αραμίδιο σε νανοΐνες πλάτους μόλις 10 νανόμετρων, περιστρέφοντάς τα σε φιλμ προσαρμοσμένου πάχους. Ο αξιοσημείωτα ισχυρός διαμοριακός δεσμός εντός των αλυσίδων πολυμερούς ενισχύει την πρόσφυση και την αντίσταση στη θερμότητα, διατηρώντας παράλληλα τα στρώματα λεπτά. Τα AND μπορούν επίσης να είναι διαφανή και διαπερατά στους υδρατμούς, καθιστώντας τα ιδανικά υποστρώματα για διαδερμικά επιθέματα βιοαισθητήρα.
«ΚΑΙ οι ταινίες είναι μηχανικά ισχυρές, αλλά συμβατές, λείες και διαφανείς», λέει ο Zhu. «Είναι επίσης χημικά αδρανή, θερμικά σταθερά μέχρι τους 300 –C και αυτοαποσπώμενα από υποστρώματα επεξεργασίας χωρίς διαλύτες χάραξης».
Για να αποδείξουν τη βιωσιμότητα του πραγματικού κόσμου, οι ερευνητές κατασκεύασαν δύο πολύ διαφορετικές συσκευές χρησιμοποιώντας φιλμ AND. Το ένα είναι ηλεκτρόδια ανοσίας στον ιδρώτα για ακριβή παρακολούθηση ηλεκτροφυσιολογικών σημάτων όπως ηλεκτρομυογραφία και ηλεκτροκαρδιογραφία. Το άλλο είναι ευέλικτο μικροεπεξεργαστές τρανζίστορ εφέ πεδίου αρκετά λεπτό ώστε να τυλίγεται γύρω από ανθρώπινες τρίχες χωρίς απώλεια απόδοσης.
Τα τοποθετημένα στο δέρμα ηλεκτρόδια νανοσύρματος αργύρου με μεμβράνες AND κατέγραψαν με επιτυχία τη μυϊκή και καρδιακή δραστηριότητα ακόμη και όταν τα υποκείμενα της δοκιμής ίδρωναν πολύ ή έκαναν ντους. Τα συμβατικά ηλεκτρόδια γέλης απέτυχαν κάτω από συνθήκες όπως ο ιδρώτας υποβαθμίζει την αγωγιμότητα. Οι ερευνητές αποδίδουν ανώτερη απόδοση στο ΚΑΙ στην αναπνοή που εμποδίζει τη συσσώρευση ιδρώτα κάτω από τους ανιχνευτές. Οι ποσοτικές μετρήσεις έδειξαν ότι τα φιλμ AND των 100 nm έχουν ρυθμό μετάδοσης υδρατμών που υπερβαίνει το 90% της έκθεσης σε ανοιχτό αέρα.
Εν τω μεταξύ, τα τρανζίστορ εφέ πεδίου που αγκαλιάζουν τα μαλλιά, με φιλμ AND που χρησιμεύουν ταυτόχρονα ως διηλεκτρικό πύλης και υπόστρωμα, έδειξαν εξαιρετικές ηλεκτρονικές ιδιότητες όπως λειτουργία χαμηλής τάσης έως μόλις 4 V, κινητικότητα 40 cm2/Vs και αναλογίες ενεργοποίησης/απενεργοποίησης άνω των 100,000. Και άντεξαν ακραία κάμψη σε περιφέρειες μικρότερες από μια ανθρώπινη τρίχα χωρίς εμφανή ζημιά ή πτώση της απόδοσης.
«Τα εξαιρετικά εύκαμπτα τρανζίστορ μπορούν να λειτουργήσουν σωστά όταν τυλίγονται γύρω από ανθρώπινα μαλλιά χωρίς καμία υποβάθμιση στην απόδοση», σημειώνει ο Zhu.
Ο Zhu ισχυρίζεται ότι τα περισσότερα υπάρχοντα ηλεκτρονικά δερμάτων βασίζονται σε μη τυποποιημένες τεχνικές νανοκατασκευής πολύ προσαρμοσμένες για παραγωγή μεγάλης κλίμακας, απαραίτητες για την επικρατούσα ιατρική υιοθέτηση. Αλλά η καταλληλότητα των ταινιών AND σε συμβατικές λιθογραφικές ροές εργασίας ξεπερνά αυτό το εμπόδιο.
«Η προσέγγισή μας σε κλίμακα γκοφρέτας επιτρέπει τη μαζική παραγωγή και την ενσωμάτωση με σύγχρονες μεθόδους κατασκευής ηλεκτρονικών», εξηγεί.
Αν και απομένει να γίνει ακόμη περισσότερη δουλειά προτού οι ασθενείς επωφεληθούν από τις προόδους που υπόσχονται τα ευέλικτα ηλεκτρονικά, ο Zhu δίνει έναν τόνο συγκρατημένης αισιοδοξίας.
«Προβλέπουμε ότι τα νανοδιηλεκτρικά αραμιδίου θα μεταμορφώσουν τις μικροσκοπικές ιατρικές συσκευές επόμενης γενιάς και τα βιονικά», λέει. «Η μεταφορά αυτής της τεχνολογίας από τη σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας στην κλινική πραγματικότητα θα μπορούσε να επηρεάσει βαθιά την ανθρώπινη υγεία.
– Ο Michael είναι συγγραφέας τριών βιβλίων από τη Royal Society of Chemistry:
Νανο-κοινωνία: Προώθηση των ορίων της τεχνολογίας,
Νανοτεχνολογία: Το μέλλον είναι μικροσκοπικό, να
Νανομηχανική: Οι δεξιότητες και τα εργαλεία που καθιστούν την τεχνολογία αόρατη
Copyright ©
Nanowerk LLC
Γίνετε συγγραφέας προσκεκλημένων! Εγγραφείτε στη μεγάλη και αναπτυσσόμενη ομάδα μας συμμετέχοντες. Μόλις δημοσιεύσατε μια επιστημονική εργασία ή έχετε άλλες συναρπαστικές εξελίξεις για κοινή χρήση με την κοινότητα νανοτεχνολογίας; Δείτε πώς μπορείτε να δημοσιεύσετε στο nanowerk.com.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
- πηγή: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64467.php
- :έχει
- :είναι
- $UP
- 000
- 10
- 100
- 11
- 20
- 2011
- 300
- 31
- 32
- 40
- 7
- 8
- a
- απόκτηση
- δραστηριότητα
- προσαρμόσει
- επαρκώς
- προσκόλληση
- Υιοθεσία
- εξελίξεις
- ΑΕΡΑ
- επιτρέπει
- Επίσης
- an
- και
- κάθε
- εμφανής
- εφαρμογές
- πλησιάζω
- φλογερός
- ΕΙΝΑΙ
- γύρω
- AS
- At
- συγγραφέας
- επίγνωση
- b
- βασίζονται
- BE
- ήταν
- πριν
- όφελος
- Berger
- προπαραγγελία
- βιοϊατρικής
- κενό
- Βιβλία
- όρια
- επανάσταση
- χτισμένο
- αλεξίσφαιρος
- αλλά
- by
- CAN
- Κέντρο
- αλυσίδες
- πρόκληση
- χημική ουσία
- χημεία
- κινέζικο
- Κλινικός
- συνδυασμός
- άνεση
- κοινότητα
- συγκρότημα
- υποχωρητικός
- εξαρτήματα
- έννοια
- Συνθήκες
- αγώγιμο
- επικοινωνήστε μαζί μας
- συμβατικός
- θα μπορούσε να
- κόμπος
- δυσκίνητος
- βλάβη
- Ημερομηνία
- δεκαετίες
- Απόρριψη
- αποδεικνύουν
- σχέδια
- Παρά
- λεπτομέρεια
- εξελίξεις
- Συσκευές
- διαφορετικές
- κατευθείαν
- κάτω
- dr
- μεταγλωττισμένο
- κατά την διάρκεια
- e
- Νωρίς
- εύκολος
- αποτέλεσμα
- Ηλεκτρονικός
- Ηλεκτρονική
- σμυριδόπετρα
- ενεργοποιήσετε
- δίνει τη δυνατότητα
- μηχανικός
- Ενισχύει
- αρκετά
- ουσιώδης
- Even
- Excel
- έξοχος
- συναρπαστικός
- υφιστάμενα
- Εξηγεί
- Έκθεση
- άκρο
- κατασκευάζοντας
- αντιμετωπίζουν
- Απέτυχε
- ίνες
- Μυθιστόρημα
- πεδίο
- ταινίες
- Ευελιξία
- εύκαμπτος
- Για
- προβλέπω
- από
- τροφοδοτούνται
- λειτουργία
- τήξη
- συγχώνευση
- μελλοντικός
- πύλη
- γενεά
- gif
- γκολ
- εξαιρετική
- Group
- Μεγαλώνοντας
- Επισκέπτης
- Μαλλιά
- λαβή
- Έχω
- he
- Υγεία
- Καρδιά
- ιεραρχικός
- Ψηλά
- κατέχει
- Πως
- Πώς να
- HTTPS
- ανθρώπινος
- ιδανικό
- Ιλλινόις
- εικόνα
- φαντασία
- Επίπτωση
- in
- ολοκλήρωση
- στενά
- σε
- πολύπλοκος
- Γιάννης
- ενταχθούν
- jpg
- μόλις
- τήρηση
- large
- μεγάλης κλίμακας
- στρώματα
- Μου αρέσει
- περιορισμούς
- τοπικός
- λογότυπο
- Μακριά
- μακροπρόθεσμος
- off
- μηχανή
- Mainstream
- Κατασκευή
- άνδρας
- κατασκευής
- Μάζα
- υλικό
- υλικά
- Εν τω μεταξύ,
- μετρήσεις
- ιατρικών
- ιατρικές συσκευές
- μέθοδοι
- Μιχαήλ
- Μέσο
- ελάχιστος
- ΜΟΝΤΕΡΝΑ
- παρακολούθηση
- περισσότερο
- πλέον
- κίνηση
- μυς
- όνομα
- νανοτεχνολογία
- Νέα
- επόμενη
- Notes
- τώρα
- εμπόδιο
- of
- on
- ONE
- ανοίξτε
- λειτουργία
- Αισιοδοξία
- Επιλογές
- or
- ΑΛΛΑ
- δικός μας
- Χαρτί
- Patches
- pacientes
- επίδοση
- άδεια
- φωτογραφίες
- PHP
- Πλάτων
- Πληροφορία δεδομένων Plato
- Πλάτωνα δεδομένα
- πολυμερές
- Δημοφιλής
- δυναμικού
- Ακρίβεια
- πρόληψη
- διαδικασια μας
- μεταποίηση
- παραγωγή
- βαθέως
- Πρόοδος
- υπόσχεση
- υποσχόμενος
- Υπόσχεται
- υποσχόμενος
- δεόντως
- ιδιότητες
- Προσθετική
- Αποδείξτε
- παρέχουν
- δημοσιεύει
- δημοσιεύθηκε
- εκδότης
- Δημοσιεύσεις
- Δραστήριος
- ποσοτικός
- Τιμή
- πραγματικό κόσμο
- Πραγματικότητα
- βασίλειο
- καταγράφονται
- βασίζονται
- λείψανα
- αναφέρουν
- απαιτούν
- έρευνα
- ερευνητές
- Αντίσταση
- Rogers
- βασιλικός
- καταστροφή
- ίδιο
- λέει
- Επιστήμη
- Επιστημονική φαντασία
- επιστημονικός
- Επιστήμονας
- επιστήμονες
- αδιάλειπτη
- άψογα
- αρχαιότερος
- αισθητήρες
- εξυπηρετούν
- Κοινοποίηση
- έδειξε
- επίδειξη
- Σήμα
- σήματα
- Πυρίτιο
- Ασημένιο
- ταυτοχρόνως
- δεξιότητες
- Δέρμα
- μικρότερος
- εξομαλύνουν
- Κοινωνία
- ειδικούς
- Γνέθω
- Προβολέας θέατρου
- σταθερός
- Ραβδί
- δύναμη
- Απεργίες
- ισχυρός
- δομή
- Επιτυχώς
- τέτοιος
- ανώτερος
- υποστήριξη
- Επιφάνεια
- ΙΔΡΩΤΑΣ
- σύστημα
- επειξειργασμένος από ραπτήν
- δελεαστικός
- τεχνικές
- Τεχνολογία
- προσωρινή
- όρος
- δοκιμή
- από
- ότι
- Η
- Το μέλλον
- τους
- Τους
- θερμικός
- αυτοί
- αυτό
- αν και?
- χιλιάδες
- τρία
- φορές
- προς την
- TONE
- πολύ
- εργαλεία
- προς
- διαδερμικό
- μεταφορά
- μεταφέρονται
- μετασχηματίζοντας
- διαφανής
- δύο
- πρωτότυπος
- υπό
- μοναδικώς
- πανεπιστήμιο
- ξεκλειδώσετε
- πρωτοφανής
- αποκαλυπτήρια
- ενημερώσεις
- URL
- χρήση
- μεταχειρισμένος
- χρησιμοποιώντας
- πολύ
- βιωσιμότητα
- όραμα
- οραματιστής
- Νερό
- πότε
- Ποιό
- ενώ
- ευρύς
- με
- εντός
- χωρίς
- Εργασία
- ροές εργασίας
- θα
- τυλίξτε
- Τυλιγμένο
- ακόμη
- εσείς
- Σας
- zephyrnet