20. tammikuuta 2024
(Nanowerkin kohdevalo) Ihmisen iholle taidokkaasti kiinnitetyt elektroniset laitteet ovat jo pitkään valloittaneet tieteellistä mielikuvitusta ja houkuttelevat asiantuntijoita lupaamalla ihmisen ja koneen saumattoman fuusion. Sellaiset ihoa halaavat piirit voisivat avata ennennäkemättömän tarkkuuden lääketieteelliset sensorit tai hermostoon kytketyt bioniset raajat. Mutta vuosikymmeniä kestäneestä ahkerasta tutkimuksesta huolimatta riittämättömät materiaalit ovat estäneet etenemisen kohti tätä visionääristä tavoitetta.
Nyt ryhmä kiinalaisia materiaalitutkijoita raportoi läpimurron pehmopaperiohutkalvojen valmistuksessa, jotka ovat ihanteellisia joustavan elektroniikan asentamiseen. Julkaistaan Advanced Materials ("Aramid Nanodielectrics for Ultraconformal Transparent Electronic Skins"), Nankai-yliopiston tutkijat esittelevät yksityiskohtaisesti räätälöityjä "aramid-nanodielektrisiä" polymeerikerroksia - nimeltään AND -, jotka yhdistävät ainutlaatuisesti nanomittakaavan paksuuden ja siipimäisen joustavuuden kestävään kestävyyteen lämpöä ja kemiallista rasitusta vastaan, jotka tuhoaisivat herkempiä kalvoja.
Vain 100 nanometriä paksuina – tuhansia kertoja ohuempia kuin ihmisen hiukset – AND-kalvoissa yhdistyy korkea lujuus ja helppo kiinnittyminen ihoon. Ne ovat myös läpinäkyviä, hengittäviä ja kestävät yli 300 °C lämpötiloja.
Ultrayhteensopivan elektroniikan esittely AND:ien perusteella. a) Aramidikuitujen hierarkkinen rakenne. b) Kaaviokuvat laitteiden valmistus- ja itsedelaminaatioprosessista. c) Valokuva laitteista AND:illa, jotka on valmistettu 3 tuuman piikiekolle. d) Valokuva, joka esittää AND:ien itsedelaminaatioprosessia. e,f) Valokuvia ultrakonformaalisesta elektroniikasta, jotka perustuvat AND:iin, jotka on siirretty e) ihmisen iholle ja f) lehteen. (Uudelleenpainotettu Wiley-VCH Verlagin luvalla)
"Nousevissa sovelluksissa, kuten bioelektroniikan, konforminen kosketus paikallisen pinnan kanssa mahdollistaa tarkan signaalin hankinnan ja mukavuuden", selittää vanhempi kirjailija Dr. Jian Zhu, materiaalitutkija Nankain yliopistosta. "AND-kalvomme voivat mahdollistaa ihon kaltaisen elektroniikan mukautuvan läheisesti ihmisen ihon monimutkaiseen topologiseen tekstuuriin."
Visio elektroniikasta, joka sulautuu saumattomasti ihmisen fysiologiaan, on ruokkinut kiihkeää tutkimusta vuosikymmeniä. Kutsuttu myös 'epidermaalinen elektroniikkaKonsepti puhkesi suureen tietoisuuteen vuonna 2011, kun biolääketieteellinen insinööri John Rogers Illinoisin yliopistosta paljasti "epidermaalisen väliaikaisen siirtotatuoinnin" -laitteet, jotka kiinnittyvät suoraan ihoon ja tunnistavat liikettä ja sykkeen. Mutta tällaiset varhaiset mallit kohtasivat rajoituksia, kuten mahdollista ihoärsytystä pitkäaikaisen käytön aikana.
Keskeinen haaste on ollut kehittää riittävän ohuita mutta kestäviä materiaaleja, jotka voivat tukea elektronisia komponentteja ja taipua huomaamattomasti iholla. Elastomeerit tarjoavat joustavuutta, mutta minimaalisen hengittävyyden. Polymeerikalvot, kuten paryleeni, ovat erinomaiset eristysaineina, mutta ne osoittautuvat hankalaksi käsitellä nanomittakaavassa. Muut vaihtoehdot, kuten polyimidi, vaativat monimutkaista kemiallista käsittelyä käyttämällä epävakaita uhrauskerroksia.
Nankai-tutkijat noudattivat epätavallista lähestymistapaa, koska ne johtivat nanodielektrisyytensä aramidipolymeeristä, samasta kestävästä materiaalista, jota käytettiin Kevlar-luotiliivissä. He kutsuvat elokuvia JA.
"Aramid-nanodielektrillämme on suuri lupaus tulevaisuuden ihon kaltaisen elektroniikan eristeenä", Zhu sanoo.
Tiimi kuorii aramidia vain 10 nanometriä leveiksi nanokuiduiksi ja pyörittelee ne kalvoiksi, joiden paksuus on räätälöity. Polymeeriketjujen huomattavan vahva molekyylien välinen sidos parantaa adheesiota ja lämmönkestävyyttä pitäen kerrokset kiekon ohuina. AND:t voivat myös olla läpinäkyviä ja vesihöyryä läpäiseviä, mikä tekee niistä ihanteellisia substraatteja transdermaalisille biosensing-laastareille.
"AND-kalvot ovat mekaanisesti vahvoja, mutta silti mukautuvia, sileitä ja läpinäkyviä", Zhu sanoo. "Ne ovat myös kemiallisesti inerttejä, lämpöstabiileja 300 °C:seen asti ja irrotettavissa itsestään käsittelysubstraateista ilman etsausliuottimia."
Todellisen elinkelpoisuuden osoittamiseksi tutkijat rakensivat kaksi hyvin erilaista laitetta AND-kalvojen avulla. Yksi niistä on hiki-immuunielektrodit elektrofysiologisten signaalien, kuten elektromyografian ja elektrokardiografian, tarkkaan seurantaan. Toinen on joustava kenttätransistorimikroprosessorit tarpeeksi ohut kietoutuakseen ihmisen hiusten ympärille ilman suorituskyvyn heikkenemistä.
Ihoon kiinnitetyt hopeiset nanolankaelektrodit AND-kalvoilla tallensivat onnistuneesti lihasten ja sydämen toimintaa, vaikka koehenkilöt hikoilivat runsaasti tai kävivät suihkussa. Perinteiset geelielektrodit epäonnistuivat sellaisissa olosuhteissa, että hiki heikentää johtavuutta. Tutkijat pitävät ylivoimaista suorituskykyä JA hengittävyyden ansiosta, mikä estää hien kertymisen ilmaisimien alle. Kvantitatiiviset mittaukset osoittivat 100 nm:n JA kalvojen vesihöyryn läpäisynopeuden ylittävän 90 % ulkoilmaaltistuksesta.
Sillä välin hiuksia halaavat kenttätehotransistorit, joissa AND-kalvot toimivat samanaikaisesti hiladielektrisenä ja substraattina, osoittivat erinomaisia elektronisia ominaisuuksia, kuten pienjännitetoimintaa vain 4 V:iin asti, liikkuvuus 40 cm.2/Vs ja päälle/pois-suhteet yli 100,000 XNUMX. Ja he kestivät äärimmäistä taipumista hiusta pienemmiksi ympärysmittoihin ilman ilmeisiä vaurioita tai suorituskyvyn heikkenemistä.
"Erittäin joustavat transistorit voivat toimia kunnolla, kun ne kääritään hiusten ympärille ilman, että niiden suorituskyky heikkenee", Zhu huomauttaa.
Zhu väittää, että suurin osa olemassa olevista ihoelektroniikasta tukeutuu epästandardeihin nanovalmistustekniikoihin, jotka on myös räätälöity laajamittaiseen valmistukseen, mikä on välttämätöntä yleiselle lääketieteelliselle adoptiolle. Mutta AND-elokuvien soveltuvuus tavanomaisiin litografisiin työnkulkuihin voittaa tämän esteen.
"Kiekkojen mittakaavamme mahdollistaa massatuotannon ja integroinnin nykyaikaisten elektroniikan valmistusmenetelmien kanssa", hän selittää.
Vaikka potilaat voivat hyötyä joustavan elektroniikan lupaamista edistysaskeleista, työtä on vielä tehtävä enemmän, Zhu on kuitenkin maltillisen optimismin sävy.
"Odotamme, että aramid-nanodielektriikka muuttavat seuraavan sukupolven pienoiskokoisia lääketieteellisiä laitteita ja bioniikkaa", hän sanoo. "Tämän teknologian tuominen tieteiskirjallisuuden alueelta kliiniseen todellisuuteen voi vaikuttaa syvästi ihmisten terveyteen.
– Michael on kirjoittanut kolme Royal Society of Chemistryn kirjaa:
Nano-yhteiskunta: Teknologian rajojen siirtäminen,
Nanoteknologia: Tulevaisuus on pienija
Nano-tekniikka: Osaamisen ja työkalujen tekeminen tekniikasta näkymättömäksi
Copyright ©
Nanowerk LLC
Ryhdy Spotlight-vieraskirjailijaksi! Liity laajaan ja kasvavaan ryhmäämme vierailevat avustajat. Oletko juuri julkaissut tieteellisen artikkelin vai onko sinulla muuta mielenkiintoista kehitystä nanoteknologiayhteisön kanssa? Näin julkaistaan nanowerk.com-sivustossa.
- SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
- PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
- PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
- PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
- Lähde: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64467.php
- :on
- :On
- $ YLÖS
- 000
- 10
- 100
- 11
- 20
- 2011
- 300
- 31
- 32
- 40
- 7
- 8
- a
- hankinta
- toiminta
- sopeuttaa
- asianmukaisesti
- kiinnittyminen
- Hyväksyminen
- edistysaskeleet
- AIR
- mahdollistaa
- Myös
- an
- ja
- Kaikki
- näennäinen
- sovellukset
- lähestymistapa
- tulinen
- OVAT
- noin
- AS
- At
- kirjoittaja
- tietoisuus
- b
- perustua
- BE
- ollut
- ennen
- hyödyttää
- Berger
- tilaustyönä
- biolääketieteen
- tyhjä
- Kirjat
- rajat
- läpimurto
- rakennettu
- luodinkestävä
- mutta
- by
- CAN
- keskus
- kahleet
- haaste
- kemiallinen
- kemia
- kiinalainen
- Kliininen
- yhdistää
- mukavuus
- yhteisö
- monimutkainen
- mukautuva
- osat
- käsite
- olosuhteet
- johtokyky
- ottaa yhteyttä
- tavanomainen
- voisi
- ydin
- hankala
- vahinko
- Päivämäärä
- vuosikymmeninä
- Hylkää
- osoittaa
- mallit
- Huolimatta
- yksityiskohta
- kehitys
- Laitteet
- eri
- suoraan
- alas
- dr
- dubattuna
- aikana
- e
- Varhainen
- helppo
- vaikutus
- Elektroninen
- Elektroniikka
- syntymässä
- mahdollistaa
- mahdollistaa
- insinööri
- Parantaa
- tarpeeksi
- olennainen
- Jopa
- kunnostautua
- erinomainen
- jännittävä
- olemassa
- selittää
- Valotus
- äärimmäinen
- valmistus
- kohtasi
- Epäonnistui
- kuidut
- Kaunokirjallisuus
- ala
- elokuvat
- Joustavuus
- joustava
- varten
- aavistaa
- alkaen
- ruokkivat
- toiminto
- kiinnityslämpötila
- fuusio
- tulevaisuutta
- portti
- sukupolvi
- gif
- tavoite
- suuri
- Ryhmä
- Kasvava
- vieras
- Hiukset
- kahva
- Olla
- he
- terveys
- sydän
- hierarkkinen
- Korkea
- pitää
- Miten
- Miten
- HTTPS
- ihmisen
- ihanteellinen
- Illinois
- kuva
- mielikuvitus
- Vaikutus
- in
- integraatio
- läheisesti
- tulee
- monimutkainen
- Johannes
- yhdistää
- jpg
- vain
- pito
- suuri
- laaja
- kerrokset
- pitää
- rajoitukset
- paikallinen
- logo
- Pitkät
- pitkän aikavälin
- pois
- kone
- Valtavirta
- Tekeminen
- mies
- valmistus
- Massa
- materiaali
- tarvikkeet
- Sillä välin
- mitat
- lääketieteellinen
- lääkinnällisten laitteiden
- menetelmät
- Michael
- Keskimmäinen
- minimi
- Moderni
- seuranta
- lisää
- eniten
- liike
- lihas
- nimi
- nanoteknologian
- Uusi
- seuraava
- Huomautuksia
- nyt
- este
- of
- on
- ONE
- avata
- toiminta
- Optimismi
- Vaihtoehdot
- or
- Muut
- meidän
- Paperi
- Merkit
- potilaat
- suorituskyky
- lupa
- valokuvia
- PHP
- Platon
- Platonin tietotieto
- PlatonData
- polymeeri
- Suosittu
- mahdollinen
- Tarkkuus
- estää
- prosessi
- käsittely
- tuotanto
- syvästi
- Edistyminen
- lupaus
- luvattu
- Promises
- lupaava
- asianmukaisesti
- ominaisuudet
- proteeseja
- todistaa
- toimittaa
- julkaista
- julkaistu
- kustantaja
- Julkaiseminen
- Työnnä
- määrällinen
- hinta
- todellinen maailma
- Todellisuus
- valtakunta
- kirjataan
- luottaa
- jäännökset
- raportti
- edellyttää
- tutkimus
- Tutkijat
- vastus
- Rogers
- kuninkaallinen
- pilata
- sama
- sanoo
- tiede
- Tieteiskirjallisuus
- tieteellinen
- Tiedemies
- tutkijat
- saumaton
- saumattomasti
- vanhempi
- anturit
- palvelevat
- Jaa:
- osoittivat
- näyttää
- signaali
- signaalit
- Pii
- Hopea
- samanaikaisesti
- taitoja
- iho
- pienempiä
- sujuvaa
- yhteiskunta
- asiantuntijat
- Kierre
- Valokeila
- vakaa
- Pysyä
- vahvuus
- lakot
- vahva
- rakenne
- Onnistuneesti
- niin
- esimies
- tuki
- pinta
- HIKI
- järjestelmä
- Räätälöity
- ärsyttävä
- joukkue-
- tekniikat
- Elektroniikka
- tilapäinen
- termi
- testi
- kuin
- että
- -
- Tulevaisuus
- heidän
- Niitä
- lämpö-
- ne
- tätä
- vaikka?
- tuhansia
- kolmella
- kertaa
- että
- TONE
- liian
- työkalut
- kohti
- transdermaalinen
- siirtää
- siirretty
- muuttamassa
- läpinäkyvä
- kaksi
- epäsovinnainen
- varten
- ainoastaan
- yliopisto
- avata
- ennennäkemätön
- paljastettiin
- Päivitykset
- URL
- käyttää
- käytetty
- käyttämällä
- hyvin
- kannattavuus
- visio
- näkijä
- vesi
- kun
- joka
- vaikka
- leveä
- with
- sisällä
- ilman
- Referenssit
- työnkulkuja
- olisi
- kääri
- kääritty
- vielä
- te
- Sinun
- zephyrnet