20 stycznia 2024 r
(Nanowerk w centrum uwagi!) Urządzenia elektroniczne misternie zamontowane na ludzkiej skórze od dawna pobudzają wyobraźnię naukowców, kusząc specjalistów obiecując płynną fuzję człowieka i maszyny. Takie przylegające do skóry obwody mogłyby odblokować czujniki medyczne o niespotykanej dotąd ostrości lub bioniczne kończyny podłączone do układu nerwowego. Jednak pomimo dziesięcioleci sumiennych badań, niewystarczające materiały utrudniają postęp w kierunku tego wizjonerskiego celu.
Teraz zespół chińskich naukowców zajmujących się materiałami donosi o przełomie w wytwarzaniu cienkich folii, idealnych do montażu elastycznej elektroniki. Publikacja w Zaawansowane materiały („Nanodielektryki aramidowe do ultrakonformalnych przezroczystych skórek elektronicznych”), badacze z Uniwersytetu w Nankai szczegółowo opisują opracowane przez siebie warstwy polimeru „nanodielektrycznego aramidowego” – zwane AND – które w unikalny sposób łączą grubość w skali nano i elastyczność przypominającą skrzydła z dużą odpornością na naprężenia termiczne i chemiczne, które mogłyby zniszczyć bardziej delikatne folie. Przy grubości zaledwie 100 nanometrów – tysiące razy cieńszej od ludzkiego włosa – folie AND łączą w sobie wysoką wytrzymałość z łatwą przyczepnością do skóry. Są również przezroczyste, oddychające i wytrzymują temperatury przekraczające 300°C.
Demonstracja ultrakonformowalnej elektroniki opartej na AND. a) Hierarchiczna struktura włókien aramidowych. b) Schematyczne ilustracje procesu wytwarzania i samorozwarstwiania urządzeń. c) Zdjęcie urządzeń na AND wykonanych na 3-calowej płytce krzemowej. d) Zdjęcie przedstawiające proces samorozwarstwiania się AND. e, f) Fotografie ultrakonformalnej elektroniki opartej na AND przeniesionej na e) ludzką skórę i f) liść. (Przedruk za zgodą Wiley-VCH Verlag)
„W przypadku nowych zastosowań, takich jak bioelektronika, konforemny kontakt z lokalną powierzchnią umożliwia precyzyjne pozyskiwanie sygnału i komfort” – wyjaśnia starszy autor, dr Jian Zhu, materiałoznawca na Uniwersytecie Nankai. „Nasze folie AND umożliwiają elektronice przypominającej skórę dokładne dostosowanie się do skomplikowanej topologicznej tekstury ludzkiej skóry”.
Wizja elektroniki płynnie łączącej się z fizjologią człowieka od dziesięcioleci napędza żarliwe badania. Nazywany także „elektronika naskórkakoncepcja zyskała popularność w 2011 roku, kiedy inżynier biomedyczny John Rogers z Uniwersytetu Illinois zaprezentował urządzenia do „tymczasowego tatuażu naskórkowego”, które przyklejają się bezpośrednio do skóry, wykrywając ruch i tętno. Jednak takie wczesne projekty napotykały ograniczenia, takie jak potencjalne podrażnienie skóry podczas długotrwałego użytkowania.
Najważniejszym wyzwaniem było opracowanie odpowiednio cienkich, ale trwałych materiałów, które będą w stanie utrzymać elementy elektroniczne, jednocześnie uginając się niezauważalnie na skórze. Elastomery zapewniają rozciągliwość, ale minimalną oddychalność. Folie polimerowe, takie jak parylen, doskonale sprawdzają się jako izolatory, ale w nanoskali okazują się kłopotliwe w obsłudze. Inne opcje, takie jak poliimid, wymagają złożonej obróbki chemicznej przy użyciu niestabilnych warstw protektorowych.
Badacze z Nankai przyjęli niekonwencjonalne podejście, opracowując nanodielektryk z polimeru aramidowego, tego samego wytrzymałego materiału, który jest używany w kamizelkach kuloodpornych z kevlaru. Nazywają filmy AND.
„Nasz nanodielektryk aramidowy jest bardzo obiecujący jako dielektryk dla przyszłej elektroniki przypominającej skórę” – mówi Zhu.
Zespół złuszcza aramid na nanowłókna o szerokości zaledwie 10 nanometrów, a następnie powleka je wirowaniem, tworząc folie o dostosowanej grubości. Niezwykle silne wiązanie międzycząsteczkowe w łańcuchach polimeru zwiększa przyczepność i odporność na ciepło, zachowując jednocześnie cienkie warstwy. AND mogą być również przezroczyste i przepuszczalne dla pary wodnej, co czyni je idealnymi podłożami dla przezskórnych plastrów bioczujnikowych.
„Folie AND są mocne mechanicznie, a jednocześnie podatne, gładkie i przezroczyste” – mówi Zhu. „Są również chemicznie obojętne, stabilne termicznie do 300 –C i można je samoodłączyć od obrabianych substratów bez użycia rozpuszczalników trawiących”.
Aby zademonstrować wykonalność w świecie rzeczywistym, badacze zbudowali dwa bardzo różne urządzenia, korzystając z filmów AND. Jedną z nich są elektrody odporne na pot, służące do precyzyjnego monitorowania sygnałów elektrofizjologicznych, takich jak elektromiografia i elektrokardiografia. Drugi jest elastyczny Mikroprocesory z tranzystorami polowymi wystarczająco cienki, aby owinąć wokół ludzkich włosów bez utraty wydajności.
Zamontowane na skórze srebrne elektrody nanodrutowe z foliami AND z powodzeniem rejestrowały aktywność mięśni i serca, nawet gdy badani obficie się pocili lub brali prysznic. Konwencjonalne elektrody żelowe zawiodły w takich warunkach, jak pot pogarszający przewodność. Naukowcy przypisują doskonałą wydajność oddychalności ORAZ, która zapobiega gromadzeniu się potu pod detektorami. Pomiary ilościowe wykazały, że folie 100 nm AND mają współczynnik przenikania pary wodnej przekraczający 90% ekspozycji na otwarte powietrze.
Tymczasem otulające włosy tranzystory polowe, z foliami AND służącymi jednocześnie jako dielektryk bramki i podłoże, wykazały doskonałe właściwości elektroniczne, takie jak praca przy niskim napięciu do zaledwie 4 V, ruchomość 40 cm2/Vs i współczynniki włączenia/wyłączenia przekraczające 100,000 XNUMX. Wytrzymały także ekstremalne zginanie do obwodu mniejszego niż ludzki włos, bez widocznego uszkodzenia lub spadku wydajności.
„Ultraelastyczne tranzystory mogą działać prawidłowo, gdy są owinięte wokół ludzkich włosów, bez pogorszenia ich wydajności” – zauważa Zhu.
Zhu twierdzi, że większość istniejącej elektroniki skórnej opiera się na niestandardowych technikach nanoprodukcji, zbyt dostosowanych do potrzeb produkcji na dużą skalę, niezbędnych do przyjęcia przez główny nurt medycyny. Jednak podatność filmów AND na konwencjonalne procesy litograficzne pokonuje tę przeszkodę.
„Nasze podejście oparte na skali płytek umożliwia masową produkcję i integrację z nowoczesnymi metodami wytwarzania elektroniki” – wyjaśnia.
Choć pozostaje jeszcze wiele pracy, zanim pacjenci będą mogli skorzystać z udoskonaleń obiecanych przez elastyczną elektronikę, Zhu pobrzmiewa w tonie umiarkowanego optymizmu.
„Przewidujemy, że nanodielektryki aramidowe przekształcą zminiaturyzowane urządzenia medyczne i bionikę nowej generacji” – mówi. „Przeniesienie tej technologii ze sfery science fiction do rzeczywistości klinicznej może mieć głęboki wpływ na zdrowie ludzkie.
– Michael jest autorem trzech książek wydanych przez Royal Society of Chemistry:
Nano-społeczeństwo: przekraczanie granic technologii,
Nanotechnologia: przyszłość jest malutka,
Nanoinżynieria: umiejętności i narzędzia czyniące technologię niewidoczną
copyright ©
Nanowerk spółka z ograniczoną odpowiedzialnością
Zostań autorem gościa Spotlight! Dołącz do naszej dużej i rosnącej grupy współpracownicy gościnni. Czy właśnie opublikowałeś artykuł naukowy lub masz inne ekscytujące odkrycia, którymi chcesz się podzielić ze społecznością nanotechnologiczną? Oto jak publikować na nanowerk.com.
- Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
- PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
- PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
- PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
- Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
- Źródło: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64467.php
- :ma
- :Jest
- $W GÓRĘ
- 000
- 10
- 100
- 11
- 20
- 2011
- 300
- 31
- 32
- 40
- 7
- 8
- a
- nabycie
- działalność
- przystosować
- odpowiednio
- przyczepność
- Przyjęcie
- postępy
- AIR
- pozwala
- również
- an
- i
- każdy
- pozorny
- aplikacje
- podejście
- ognisty
- SĄ
- na około
- AS
- At
- autor
- świadomość
- b
- na podstawie
- BE
- być
- zanim
- korzyści
- Berger
- zrobiony na zamówienie
- biomedyczny
- pusty
- Książki
- Granice
- przełom
- wybudowany
- kuloodporny
- ale
- by
- CAN
- Centrum
- więzy
- wyzwanie
- chemiczny
- chemia
- chiński
- Kliniczne
- połączyć
- komfort
- społeczność
- kompleks
- zgodny
- składniki
- pojęcie
- Warunki
- przewodność
- skontaktuj się
- Konwencjonalny
- mógłby
- sedno sprawy
- niewygodny
- uszkodzić
- Data
- lat
- upadek
- wykazać
- projekty
- Mimo
- detal
- wydarzenia
- urządzenia
- różne
- bezpośrednio
- na dół
- dr
- dubbingowane
- podczas
- e
- Wcześnie
- łatwo
- efekt
- Elektroniczny
- Elektronika
- wschodzących
- umożliwiać
- Umożliwia
- inżynier
- Poprawia
- dość
- niezbędny
- Parzyste
- przewyższać
- doskonała
- ekscytujący
- Przede wszystkim system został opracowany
- Objaśnia
- Ekspozycja
- skrajny
- fabrykowanie
- w obliczu
- Failed
- włókna
- Fikcja
- pole
- filmy
- Elastyczność
- elastyczne
- W razie zamówieenia projektu
- przewidywać
- od
- podsycane
- funkcjonować
- łączenie
- fuzja
- przyszłość
- brama
- generacja
- gif
- cel
- wspaniały
- Zarządzanie
- Rozwój
- Gość
- Włosy
- uchwyt
- Have
- he
- Zdrowie
- Serce
- hierarchiczny
- Wysoki
- posiada
- W jaki sposób
- How To
- HTTPS
- człowiek
- idealny
- Illinois
- obraz
- wyobraźnia
- Rezultat
- in
- integracja
- ściśle
- najnowszych
- zawiły
- John
- przystąpić
- jpg
- właśnie
- konserwacja
- duży
- na dużą skalę
- nioski
- lubić
- Ograniczenia
- miejscowy
- logo
- długo
- długoterminowy
- od
- maszyna
- Mainstream
- Dokonywanie
- mężczyzna
- produkcja
- Masa
- materiał
- materiały
- W międzyczasie
- Pomiary
- medyczny
- urządzenia medyczne
- metody
- Michał
- Środkowy
- minimalny
- Nowoczesne technologie
- monitorowanie
- jeszcze
- większość
- ruch
- mięsień
- Nazwa
- nanotechnologia
- Nowości
- Następny
- Uwagi
- już dziś
- przeszkoda
- of
- on
- ONE
- koncepcja
- działanie
- Optymizm
- Opcje
- or
- Inne
- ludzkiej,
- Papier
- Łatki
- pacjenci
- jest gwarancją najlepszej jakości, które mogą dostarczyć Ci Twoje monitory,
- pozwolenie
- fotografie
- PHP
- plato
- Analiza danych Platona
- PlatoDane
- polimer
- Popularny
- potencjał
- Detaliczność
- zapobieganie
- wygląda tak
- przetwarzanie
- Produkcja
- głęboko
- Postęp
- obietnica
- obiecał
- obiecuje
- obiecujący
- prawidłowo
- niska zabudowa
- Protetyka
- Udowodnij
- zapewniać
- publikować
- opublikowany
- wydawca
- Wydawniczy
- Popychanie
- ilościowy
- Kurs
- Prawdziwy świat
- Rzeczywistość
- królestwo
- nagrany
- polegać
- szczątki
- raport
- wymagać
- Badania naukowe
- Badacze
- Odporność
- Rogers
- królewski
- zrujnować
- taki sam
- mówią
- nauka
- Fantastyka naukowa
- naukowy
- Naukowiec
- Naukowcy
- bezszwowy
- płynnie
- senior
- czujniki
- służąc
- Share
- pokazał
- seans
- Signal
- Sygnały
- Krzem
- Srebro
- jednocześnie
- umiejętności
- skóra
- mniejszy
- gładki
- Społeczeństwo
- Specjaliści
- Spin
- reflektor
- stabilny
- Kij
- jest determinacja.
- Strajki
- silny
- Struktura
- Z powodzeniem
- taki
- przełożony
- wsparcie
- Powierzchnia
- POCIĆ SIĘ
- system
- dostosowane
- kuszące
- zespół
- Techniki
- Technologia
- tymczasowy
- semestr
- test
- niż
- że
- Połączenia
- Przyszłość
- ich
- Im
- termiczny
- one
- to
- chociaż?
- tysiące
- trzy
- czasy
- do
- TON
- także
- narzędzia
- w kierunku
- przezskórny
- przenieść
- przeniesione
- transformatorowy
- przezroczysty
- drugiej
- oryginalny
- dla
- wyjątkowo
- uniwersytet
- odblokować
- bez precedensu
- odsłonięty
- Nowości
- URL
- posługiwać się
- używany
- za pomocą
- początku.
- zdolność do życia
- wizja
- wizjoner
- Woda
- jeśli chodzi o komunikację i motywację
- który
- Podczas
- szeroki
- w
- w ciągu
- bez
- Praca
- przepływów pracy
- by
- owinąć
- Owinięty
- jeszcze
- ty
- Twój
- zefirnet