20 Januari 2024
(Spotlight Nanowerk) Perangkat elektronik yang dipasang secara rumit pada kulit manusia telah lama memikat imajinasi ilmiah, menggoda para spesialis dengan menjanjikan perpaduan sempurna antara manusia dan mesin. Sirkuit yang sangat erat seperti itu dapat membuka sensor medis dengan ketajaman yang belum pernah terjadi sebelumnya atau anggota tubuh bionik yang terhubung ke sistem saraf. Namun meskipun telah dilakukan penelitian selama puluhan tahun, bahan-bahan yang tidak memadai telah menghambat kemajuan menuju tujuan visioner ini.
Kini tim ilmuwan material Tiongkok melaporkan terobosan dalam pembuatan film setipis jaringan yang ideal untuk memasang perangkat elektronik fleksibel. Penerbitan di advanced Material (“Nanodielektrik Aramid untuk Kulit Elektronik Transparan Ultrakonformal”), para peneliti dari Universitas Nankai merinci lapisan polimer “aramid nanodielektrik” yang dirancang khusus – dijuluki AND – yang secara unik menggabungkan ketebalan skala nano dan fleksibilitas seperti sayap dengan ketahanan yang kuat terhadap tekanan termal dan kimia yang akan merusak film yang lebih rapuh.
Dengan ketebalan hanya 100 nanometer – ribuan kali lebih tipis dari rambut manusia – film AND menggabungkan kekuatan tinggi dengan daya rekat yang mudah pada kulit. Mereka juga transparan, bernapas, dan tahan suhu melebihi 300 °C.
Demonstrasi elektronik ultraconformable berdasarkan AND. a) Struktur hierarki serat aramid. b) Ilustrasi skema proses fabrikasi dan delaminasi mandiri perangkat. c) Foto perangkat pada AND yang dibuat pada wafer silikon 3 inci. d) Foto yang menunjukkan proses delaminasi mandiri AND. e,f) Foto elektronik ultrakonformal berdasarkan AND yang ditransfer ke e) kulit manusia dan f) daun. (Dicetak ulang dengan izin dari Wiley-VCH Verlag)
“Untuk aplikasi baru seperti bioelektronik, kontak konformal dengan permukaan lokal memungkinkan perolehan sinyal yang presisi dan nyaman,” jelas penulis senior Dr. Jian Zhu, ilmuwan material di Universitas Nankai. “Film AND kami memungkinkan perangkat elektronik mirip kulit beradaptasi secara erat dengan tekstur topologi kulit manusia yang rumit.”
Visi elektronik yang menyatu dengan fisiologi manusia telah memicu penelitian yang gigih selama beberapa dekade. Juga dijuluki 'elektronik epidermis', konsep ini menjadi populer pada tahun 2011 ketika insinyur biomedis John Rogers di Universitas Illinois meluncurkan perangkat “tato transfer sementara epidermal” yang menempel langsung ke kulit, merasakan gerakan dan detak jantung. Namun desain awal tersebut menghadapi keterbatasan seperti potensi iritasi kulit jika digunakan dalam jangka panjang.
Tantangan utamanya adalah merancang bahan yang cukup tipis namun tahan lama yang dapat menopang komponen elektronik sambil melenturkan tanpa terlihat pada kulit. Elastomer memberikan kelenturan tetapi kemampuan bernapas minimal. Film polimer seperti parylene unggul sebagai isolator tetapi terbukti rumit untuk ditangani pada skala nano. Pilihan lain seperti polimida memerlukan pemrosesan kimia yang rumit menggunakan lapisan pengorbanan yang tidak stabil.
Para peneliti Nankai melakukan pendekatan yang tidak konvensional, dengan memperoleh nanodielektrik mereka dari polimer aramid, bahan kuat yang sama yang digunakan dalam rompi antipeluru Kevlar. Mereka mengistilahkan film ANDs.
“Nanodielektrik aramid kami sangat menjanjikan sebagai dielektrik untuk perangkat elektronik mirip kulit di masa depan”, kata Zhu.
Tim mengelupas aramid menjadi serat nano dengan lebar hanya 10 nanometer, lalu memutarnya menjadi film dengan ketebalan yang disesuaikan. Ikatan antarmolekul yang sangat kuat dalam rantai polimer meningkatkan daya rekat dan ketahanan panas sekaligus menjaga lapisan setipis wafer. AND juga bisa transparan dan permeabel terhadap uap air, menjadikannya substrat ideal untuk patch biosensing transdermal.
“DAN film secara mekanis kuat, namun patuh, halus dan transparan” kata Zhu. “Mereka juga inert secara kimia, stabil secara termal hingga 300 –C, dan dapat dilepas sendiri dari substrat pemrosesan tanpa pelarut etsa.”
Untuk mendemonstrasikan kelayakan di dunia nyata, para peneliti membuat dua perangkat yang sangat berbeda menggunakan film AND. Salah satunya adalah elektroda kekebalan keringat untuk pemantauan presisi sinyal elektrofisiologi seperti elektromiografi dan elektrokardiografi. Yang lainnya fleksibel mikroprosesor transistor efek medan cukup tipis untuk membungkus rambut manusia tanpa kehilangan performa.
Elektroda kawat nano perak yang dipasang di kulit dengan film AND berhasil merekam aktivitas otot dan jantung bahkan ketika subjek uji berkeringat banyak atau mandi. Elektroda gel konvensional gagal dalam kondisi seperti keringat menurunkan konduktivitas. Para peneliti mengaitkan kinerja superior dengan kemampuan bernapas dan mencegah penumpukan keringat di bawah detektor. Pengukuran kuantitatif menunjukkan film AND 100 nm memiliki tingkat transmisi uap air melebihi 90% paparan udara terbuka.
Sementara itu, transistor efek medan yang sangat menarik, dengan film AND yang berfungsi secara bersamaan sebagai dielektrik gerbang dan substrat, menunjukkan sifat elektronik yang sangat baik seperti pengoperasian tegangan rendah hingga hanya 4V, mobilitas 40 cm2/Vs, dan rasio on/off melebihi 100,000. Dan mereka mengalami pembengkokan ekstrem hingga lingkar yang lebih kecil dari rambut manusia tanpa kerusakan nyata atau penurunan kinerja.
“Transistor ultrafleksibel dapat berfungsi dengan baik ketika dililitkan pada rambut manusia tanpa penurunan kinerja,” catat Zhu.
Zhu menegaskan bahwa sebagian besar perangkat elektronik kulit yang ada saat ini mengandalkan teknik fabrikasi nano yang tidak standar dan dibuat khusus untuk produksi skala besar, sehingga penting untuk adopsi medis umum. Namun kesesuaian film AND terhadap alur kerja litografi konvensional mengatasi hambatan ini.
“Pendekatan skala wafer kami memungkinkan produksi massal dan integrasi dengan metode fabrikasi elektronik modern,” jelasnya.
Meskipun masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan sebelum pasien dapat memperoleh manfaat dari kemajuan yang dijanjikan oleh perangkat elektronik fleksibel, Zhu menunjukkan nada optimisme yang kuat.
“Kami memperkirakan nanodielektrik aramid akan mengubah perangkat medis mini dan bionik generasi berikutnya,” katanya. “Membawa teknologi ini dari dunia fiksi ilmiah menuju realitas klinis dapat berdampak besar pada kesehatan manusia.
– Michael adalah penulis tiga buku oleh Royal Society of Chemistry:
Masyarakat Nano: Mendorong Batas Teknologi,
Nanoteknologi: Masa Depan Mungil, dan
Nanoengineering: Keterampilan dan Peralatan Membuat Teknologi Tak Terlihat
Hak Cipta ©
Nanowerk LLC
Menjadi penulis tamu Spotlight! Bergabunglah dengan grup kami yang besar dan terus berkembang kontributor tamu. Apakah Anda baru saja menerbitkan makalah ilmiah atau memiliki perkembangan menarik lainnya untuk dibagikan dengan komunitas nanoteknologi? Berikut adalah cara mempublikasikan di nanowerk.com.
- Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
- PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
- PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
- PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
- PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
- Sumber: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64467.php
- :memiliki
- :adalah
- $NAIK
- 000
- 10
- 100
- 11
- 20
- 2011
- 300
- 31
- 32
- 40
- 7
- 8
- a
- perolehan
- kegiatan
- menyesuaikan
- cukup
- ketaatan
- Adopsi
- kemajuan
- UDARA
- memungkinkan
- juga
- an
- dan
- Apa pun
- semu
- aplikasi
- pendekatan
- berapi-api
- ADALAH
- sekitar
- AS
- At
- penulis
- kesadaran
- b
- berdasarkan
- BE
- menjadi
- sebelum
- manfaat
- Berger
- dipesan lebih dahulu
- biomedis
- kosong
- Buku-buku
- batas-batas
- terobosan
- dibangun di
- yg tahan peluru
- tapi
- by
- CAN
- pusat
- rantai
- menantang
- kimia
- kimia
- Cina
- Klinis
- menggabungkan
- kenyamanan
- masyarakat
- kompleks
- compliant
- komponen
- konsep
- Kondisi
- daya konduksi
- kontak
- konvensional
- bisa
- inti
- rumit
- kerusakan
- Tanggal
- dekade
- Tolak
- mendemonstrasikan
- desain
- Meskipun
- rinci
- Perkembangan
- Devices
- berbeda
- langsung
- turun
- dr
- dijuluki
- selama
- e
- Awal
- Mudah
- efek
- Elektronik
- Elektronik
- muncul
- aktif
- memungkinkan
- insinyur
- Meningkatkan
- cukup
- penting
- Bahkan
- Excel
- unggul
- menarik
- ada
- Menjelaskan
- Pencahayaan
- ekstrim
- fabrikasi
- dihadapi
- Gagal
- serat
- Fiksi
- bidang
- bioskop
- keluwesan
- fleksibel
- Untuk
- meramalkan
- dari
- didorong
- fungsi
- sekering
- fusi
- masa depan
- gerbang
- generasi
- gif
- tujuan
- besar
- Kelompok
- Pertumbuhan
- Tamu
- Rambut
- menangani
- Memiliki
- he
- Kesehatan
- Hati
- hirarkis
- High
- memegang
- Seterpercayaapakah Olymp Trade? Kesimpulan
- How To
- HTTPS
- manusia
- ideal
- Illinois
- gambar
- imajinasi
- Dampak
- in
- integrasi
- secara intim
- ke
- rumit
- John
- ikut
- jpg
- hanya
- pemeliharaan
- besar
- besar-besaran
- lapisan
- 'like'
- keterbatasan
- lokal
- logo
- Panjang
- jangka panjang
- lepas
- mesin
- Arus utama
- Membuat
- pria
- pabrik
- Massa
- bahan
- bahan
- Sementara itu
- pengukuran
- medis
- Perangkat medis
- metode
- Michael
- Tengah
- minimal
- modern
- pemantauan
- lebih
- paling
- gerakan
- otot
- nama
- нанотехнологии
- New
- berikutnya
- Catatan
- sekarang
- hambatan
- of
- on
- ONE
- Buka
- operasi
- Optimisme
- Opsi
- or
- Lainnya
- kami
- kertas
- Patch
- pasien
- prestasi
- izin
- foto
- PHP
- plato
- Kecerdasan Data Plato
- Data Plato
- polimer
- Populer
- potensi
- Ketelitian
- mencegah
- proses
- pengolahan
- Produksi
- secara mendalam
- Kemajuan
- janji
- dijanjikan
- menjanjikan
- menjanjikan
- tepat
- properties
- Prostetik
- Rasakan itu
- memberikan
- menerbitkan
- diterbitkan
- penerbit
- Penerbitan
- Mendorong
- kuantitatif
- Penilaian
- dunia nyata
- Kenyataan
- dunia
- tercatat
- mengandalkan
- sisa
- melaporkan
- membutuhkan
- penelitian
- peneliti
- Perlawanan
- Rogers
- kerajaan
- merusak
- sama
- mengatakan
- Ilmu
- Fiksi Ilmiah
- ilmiah
- ilmuwan
- ilmuwan
- mulus
- mulus
- senior
- sensor
- porsi
- Share
- menunjukkan
- menunjukkan
- Sinyal
- sinyal
- Silikon
- Silver
- serentak
- keterampilan
- Kulit
- lebih kecil
- kelancaran
- Masyarakat
- spesialis
- Berputar
- lampu sorot
- stabil
- Tongkat
- kekuatan
- Pemogokan
- kuat
- struktur
- berhasil
- seperti itu
- unggul
- mendukung
- Permukaan
- KERINGAT
- sistem
- disesuaikan
- menggoda
- tim
- teknik
- Teknologi
- sementara
- istilah
- uji
- dari
- bahwa
- Grafik
- Masa depan
- mereka
- Mereka
- panas
- mereka
- ini
- meskipun?
- ribuan
- tiga
- kali
- untuk
- NADA
- terlalu
- alat
- terhadap
- transdermal.dll
- transfer
- ditransfer
- mengubah
- jelas
- dua
- inkonvensional
- bawah
- unik
- universitas
- membuka kunci
- belum pernah terjadi sebelumnya
- meluncurkan
- Pembaruan
- URL
- menggunakan
- bekas
- menggunakan
- sangat
- kelangsungan hidup
- penglihatan
- visioner
- air
- ketika
- yang
- sementara
- lebar
- dengan
- dalam
- tanpa
- Kerja
- Alur kerja
- akan
- membungkus
- dibungkus
- namun
- kamu
- Anda
- zephyrnet.dll