20. jaanuar 2024
(Nanowerki tähelepanu keskpunkt) Inimese nahale keerukalt paigaldatud elektroonikaseadmed on pikka aega köitnud teaduslikku kujutlusvõimet, ahvatledes spetsialiste, lubades inimese ja masina sujuvat sulandumist. Selline nahka ümbritsev vooluring võib avada enneolematu teravusega meditsiinilised andurid või närvisüsteemiga ühendatud bioonilised jäsemed. Kuid vaatamata aastakümnete pikkusele hoolikale uurimistööle on ebapiisavad materjalid takistanud selle visioonilise eesmärgi saavutamist. Nüüd teatas Hiina materjaliteadlaste meeskond läbimurdest õhukeste kilede valmistamisel, mis sobivad ideaalselt paindliku elektroonika paigaldamiseks. Avaldamine Advanced Materials ("Aramiid-nanodielektrikud ultrakonformsete läbipaistvate elektrooniliste nahkade jaoks"), kirjeldavad Nankai ülikooli teadlased üksikasjalikult oma kohandatud "aramiid-nanodielektrilisi" polümeerikihte, mida nimetatakse AND-deks, mis ühendavad ainulaadselt nanomõõtmelise paksuse ja tiibadetaolise paindlikkuse vastupidavusega termiliste ja keemiliste pingete suhtes, mis rikuvad hapramaid kilesid. Vaid 100 nanomeetri paksused – tuhandeid kordi õhemad kui juuksekarv – AND-kiledes on ühendatud kõrge tugevus ja lihtne nahale nakkumine. Samuti on need läbipaistvad, hingavad ja taluvad üle 300 °C temperatuuri.
Ultrakonformeeruva elektroonika demonstreerimine JA-de põhjal. a) Aramiidkiudude hierarhiline struktuur. b) Skemaatilised illustratsioonid seadmete valmistamise ja iselaminatsiooni protsessist. c) Foto seadmetest AND-idel, mis on valmistatud 3-tollisel räniplaadil. d) Foto, mis näitab AND-de isedelaminatsiooni protsessi. e, f) fotod ultrakonformsest elektroonikast, mis põhinevad AND-del, mis on üle kantud e) inimese nahale ja f) lehele. (Kordustrükk Wiley-VCH Verlagi loal) „Uuesti arenevate rakenduste puhul, nagu bioelektroonika, võimaldab konformne kontakt kohaliku pinnaga täpset signaali kogumist ja mugavust,” selgitab vanemautor dr Jian Zhu, Nankai ülikooli materjaliteadlane. "Meie JA filmid võivad võimaldada nahalaadsel elektroonil kohaneda inimese naha keeruka topoloogilise tekstuuriga." Visioon elektroonikast, mis sulandub sujuvalt inimese füsioloogiaga, on aastakümneid õhutanud tulihingelist uurimistööd. Dubleeritud ka 'epidermaalne elektroonika2011. aastal sai see kontseptsioon populaarseks, kui biomeditsiini insener John Rogers Illinoisi ülikoolist avalikustas ajutise epidermise tätoveeringu seadmed, mis kleepuvad otse nahale, tajudes liikumist ja südame löögisagedust. Kuid sellised varased kujundused seisid silmitsi piirangutega, nagu võimalik nahaärritus pikaajalise kasutamise ajal. Peamine väljakutse on olnud piisavalt õhukeste, kuid vastupidavate materjalide väljatöötamine, mis toetavad elektroonilisi komponente, paindudes samas nahal märkamatult. Elastomeerid tagavad venivuse, kuid minimaalse hingavuse. Polümeerkiled, nagu parüleen, on suurepärased isolaatoritena, kuid nende käsitsemine on nanomõõtmetes tülikas. Muud võimalused, nagu polüimiid, nõuavad keerulist keemilist töötlemist, kasutades ebastabiilseid ohverduskihte. Nankai teadlased järgisid ebatavalist lähenemisviisi, saades oma nanodielektriku aramiidpolümeerist, samast vastupidavast materjalist, mida kasutatakse Kevlari kuulivestides. Nad nimetavad filme JA. "Meie aramiid-nanodielektrikul on tulevase nahataolise elektroonika dielektrikuna palju lubadusi," ütleb Zhu. Meeskond koorib aramiidi vaid 10 nanomeetri laiusteks nanokiududeks, tsentrifuugides katab need kohandatud paksusega kiledeks. Märkimisväärselt tugev molekulidevaheline side polümeeriahelates suurendab adhesiooni ja kuumakindlust, hoides samal ajal kihid vahvelõhukesed. JA võivad olla ka läbipaistvad ja veeauru läbilaskvad, muutes need ideaalseteks substraatideks transdermaalsete biosenseerivate plaastrite jaoks. "JA kiled on mehaaniliselt tugevad, kuid samas ühilduvad, siledad ja läbipaistvad," ütleb Zhu. "Need on ka keemiliselt inertsed, termiliselt stabiilsed kuni 300 °C juures ja eralduvad töötlemisalustelt ilma söövituslahustiteta." Reaalse elujõulisuse demonstreerimiseks ehitasid teadlased JA-kilede abil kaks väga erinevat seadet. Üks neist on higi-immuunelektroodid elektrofüsioloogiliste signaalide (nt elektromüograafia ja elektrokardiograafia) täpseks jälgimiseks. Teine on paindlik väljatransistoride mikroprotsessorid piisavalt õhuke, et mähkida ümber inimese karvade ilma jõudluse vähenemiseta. Nahale kinnitatud hõbedast nanojuhtmest elektroodid koos AND-kiledega registreerisid edukalt lihaste ja südametegevuse isegi siis, kui katsealused higistasid tugevalt või käisid duši all. Tavalised geelelektroodid ebaõnnestusid sellistes tingimustes, kuna higi halvendab juhtivust. Teadlased omistavad suurepärasele jõudlusele JA hingavusele, mis hoiab ära higi kogunemise detektorite alla. Kvantitatiivsed mõõtmised näitasid, et 100 nm JA kilede veeauru läbilaskvus ületas 90% vabas õhus kokkupuutest. Samal ajal näitasid juukseid kallutavad väljatransistorid, mille AND-kiled toimisid samaaegselt nii paisu dielektrikuna kui ka substraadina, suurepäraseid elektroonilisi omadusi, nagu madalpinge töö kuni 4 V, liikuvus 40 cm.2/Vs ja sisse- ja väljalülitussuhted üle 100,000 XNUMX. Ja nad talusid äärmuslikku paindumist juuksekarvast väiksema ümbermõõduni ilma nähtavate kahjustuste või jõudluse languseta. "Ülipaindlikud transistorid võivad korralikult töötada, kui need on mähitud ümber juuksekarva, ilma et nende jõudlus halveneks," märgib Zhu. Zhu kinnitab, et enamik olemasolevaid nahaelektroonikaid toetub mittestandardsetele nanotootmismeetoditele, mis on liiga spetsiaalselt ette nähtud suuremahuliseks tootmiseks, mis on meditsiinilise tavapäraste kasutuselevõtu jaoks hädavajalikud. Kuid AND-filmide sobivus tavapärastele litograafilistele töövoogudele ületab selle takistuse. "Meie vahvlimahuline lähenemine võimaldab masstootmist ja integratsiooni kaasaegsete elektroonika tootmismeetoditega," selgitab ta. Kuigi patsientidel on vaja teha rohkem tööd, enne kui patsiendid saavad kasu paindliku elektroonika poolt lubatud edusammudest, tabab Zhu optimismi. "Me näeme ette, et aramiid-nanodielektrikud muudavad järgmise põlvkonna miniatuursed meditsiiniseadmed ja bioonika," ütleb ta. "Selle tehnoloogia viimine ulmevaldkonnast kliinilise reaalsuse poole võib inimeste tervist põhjalikult mõjutada.
– Michael on kolme Kuningliku Keemiaühingu raamatu autor:
Nanoühiskond: tehnoloogia piiride nihutamine,
Nanotehnoloogia: tulevik on väikeja
Nanotehnoloogia: oskused ja tööriistad, mis muudavad tehnoloogia nähtamatuks
Copyright ©
Nanowerk LLC
Hakka Spotlighti külalisautoriks! Liituge meie suure ja kasvava grupiga külaliskaastöölised. Kas olete äsja avaldanud teadusliku artikli või soovite nanotehnoloogia kogukonnaga jagada muid põnevaid arenguid? Siin on, kuidas avaldada saidil nanowerk.com.
- SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
- PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
- PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
- PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
- PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
- Allikas: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64467.php
- :on
- :on
- $ UP
- 000
- 10
- 100
- 11
- 20
- 2011
- 300
- 31
- 32
- 40
- 7
- 8
- a
- omandamine
- tegevus
- kohandama
- piisavalt
- kinnipidamine
- Vastuvõtmine
- edusammud
- AIR
- võimaldab
- Ka
- an
- ja
- mistahes
- ilmne
- rakendused
- lähenemine
- tuline
- OLEME
- ümber
- AS
- At
- autor
- teadlikkus
- b
- põhineb
- BE
- olnud
- enne
- kasu
- Shepherd
- eritellimusel
- biomeditsiiniline
- tühi
- Raamatud
- piirid
- läbimurre
- ehitatud
- kuulikindel
- kuid
- by
- CAN
- keskus
- ketid
- väljakutse
- keemiline
- keemia
- hiina
- kliiniline
- ühendama
- mugavus
- kogukond
- keeruline
- Nõuetele vastav
- komponendid
- mõiste
- Tingimused
- juhtivus
- kontakt
- tavaline
- võiks
- tuum
- tülikas
- kahju
- kuupäev
- aastakümnete
- Väheneb
- näitama
- disainilahendused
- Vaatamata
- detail
- arenguid
- seadmed
- erinev
- otse
- alla
- dr
- dubleeritud
- ajal
- e
- Varajane
- lihtne
- mõju
- Elektrooniline
- Elektroonika
- smirgel
- võimaldama
- võimaldab
- insener
- Parandab
- piisavalt
- oluline
- Isegi
- Excel
- suurepärane
- põnev
- olemasolevate
- Selgitab
- Säritus
- äärmuslik
- fabritseerimine
- silmitsi seisnud
- Ebaõnnestunud
- kiud
- Ilukirjandus
- väli
- filmid
- Paindlikkus
- paindlik
- eest
- ette näha
- Alates
- Küttega
- funktsioon
- sulandumine
- fusioon
- tulevik
- värav
- põlvkond
- gif
- eesmärk
- suur
- Grupp
- Kasvavad
- külaline
- juuksed
- käepide
- Olema
- he
- Tervis
- süda
- hierarhiline
- Suur
- omab
- Kuidas
- Kuidas
- HTTPS
- inim-
- ideaalne
- Illinois
- pilt
- kujutlusvõime
- mõju
- in
- integratsioon
- intiimselt
- sisse
- keerukas
- John
- liituma
- jpg
- lihtsalt
- pidamine
- suur
- suuremahuline
- kihid
- nagu
- piirangud
- kohalik
- logo
- Pikk
- pikaajaline
- kaotus
- masin
- mainstream
- Tegemine
- mees
- tootmine
- Mass
- materjal
- materjalid
- Vahepeal
- mõõdud
- meditsiini-
- meditsiiniseadmete
- meetodid
- Michael
- Kesk-
- minimaalne
- Kaasaegne
- järelevalve
- rohkem
- kõige
- liikumine
- lihas
- nimi
- Nanotehnoloogia
- Uus
- järgmine
- märkused
- nüüd
- takistus
- of
- on
- ONE
- avatud
- töö
- Optimism
- Valikud
- or
- Muu
- meie
- Paber
- Paikade
- patsientidel
- jõudlus
- luba
- fotosid
- PHP
- Platon
- Platoni andmete intelligentsus
- PlatoData
- polümeer
- populaarne
- potentsiaal
- Täpsus
- ennetada
- protsess
- töötlemine
- Produktsioon
- sügavalt
- Edu
- lubadus
- lubas
- Lubadused
- paljutõotav
- korralikult
- omadused
- Proteesimine
- Tõesta
- anda
- avaldama
- avaldatud
- kirjastaja
- Kirjastamine
- Lükkamine
- kvantitatiivne
- määr
- päris maailm
- Reaalsus
- realm
- dokumenteeritud
- lootma
- jäänused
- aru
- nõudma
- teadustöö
- Teadlased
- Vastupidavus
- Rogers
- kuninglik
- häving
- sama
- ütleb
- teadus
- Ulme
- teaduslik
- teadlane
- teadlased
- sujuv
- sujuvalt
- vanem
- andur
- teenindavad
- Jaga
- näitas
- näidates
- Signaali
- signaale
- Räni
- Silver
- üheaegselt
- oskused
- nahk
- väiksem
- siluda
- Ühiskond
- spetsialistid
- Spin
- prožektor
- stabiilne
- kepp
- tugevus
- Streigid
- tugev
- struktuur
- Edukalt
- selline
- parem
- toetama
- Pind
- HIGI
- süsteem
- kohandatud
- ahvatlev
- meeskond
- tehnikat
- Tehnoloogia
- ajutine
- termin
- test
- kui
- et
- .
- Tulevik
- oma
- Neile
- soojus
- nad
- see
- kuigi?
- tuhandeid
- kolm
- korda
- et
- TONE
- liiga
- töövahendid
- suunas
- transdermaalne
- üle
- üle antud
- transformeerivate
- läbipaistev
- kaks
- ebatraditsiooniline
- all
- ainulaadselt
- Ülikool
- avamine
- enneolematu
- Avalikustas
- Uudised
- URL
- kasutama
- Kasutatud
- kasutamine
- väga
- elujõulisus
- nägemus
- visionäär
- Vesi
- millal
- mis
- kuigi
- lai
- koos
- jooksul
- ilma
- Töö
- Töövoogud
- oleks
- pakkima
- Pakendatud
- veel
- sa
- Sinu
- sephyrnet