20 ianuarie 2024
(Spot Nanowerk) Dispozitivele electronice montate complex pe pielea umană au captivat de multă vreme imaginația științifică, atrăgând specialiștii, promițând o fuziune perfectă a omului și a mașinii. Un astfel de circuit care îmbrățișează pielea ar putea debloca senzori medicali de acuitate fără precedent sau membre bionice conectate la sistemul nervos. Dar, în ciuda deceniilor de cercetare asiduă, materialele inadecvate au împiedicat progresul către acest obiectiv vizionar. Acum, o echipă de oameni de știință din China raportează o descoperire în fabricarea de filme subțiri de țesut, ideale pentru montarea electronicelor flexibile. Publicarea în Materiale avansate („Nanodielectrici aramid pentru piei electronice transparente ultraconforme”), cercetătorii de la Universitatea Nankai își detaliază straturile de polimer „aramid nanodielectric” personalizate – denumite AND – care combină în mod unic grosimea la scară nanometrică și flexibilitatea asemănătoare aripilor cu rezistența rezistentă la solicitările termice și chimice care ar distruge peliculele mai fragile. La doar 100 de nanometri grosime – de mii de ori mai subțire decât un păr uman – filmele AND combină rezistența ridicată cu aderența ușoară pe piele. De asemenea, sunt transparente, respirabile și pot rezista la temperaturi care depășesc 300 °C.
Demonstrarea electronicii ultraconformabile bazate pe AND. a) Structura ierarhică a fibrelor aramide. b) Ilustrații schematice ale procesului de fabricare și autodelaminare a dispozitivelor. c) Fotografia dispozitivelor pe AND-uri fabricate pe o placă de siliciu de 3 inchi. d) Fotografie care arată procesul de auto-delaminare a AND-urilor. e,f) Fotografii ale electronicii ultraconforme bazate pe AND-uri transferate pe e) piele umană și f) o frunză. (Retipărit cu permisiunea Wiley-VCH Verlag) „Pentru aplicațiile emergente, cum ar fi bioelectronica, contactul conform cu suprafața locală permite obținerea de precizie a semnalului și confort”, explică autorul principal Dr. Jian Zhu, cercetător al materialelor la Universitatea Nankai. „Filmele noastre AND pot permite electronicelor asemănătoare pielii să se adapteze intim la textura topologică complicată a pielii umane.” Viziunea electronicii care se contopesc perfect cu fiziologia umană a alimentat cercetări aprinse de zeci de ani. De asemenea, supranumit "electronice epidermice„, conceptul a devenit popular în 2011, când inginerul biomedical John Rogers de la Universitatea din Illinois a dezvăluit dispozitive de „tatuaj cu transfer temporar epidermic” care se lipesc direct pe piele, simțind mișcarea și ritmul cardiac. Dar astfel de modele timpurii s-au confruntat cu limitări, cum ar fi potențiala iritație a pielii în timpul utilizării pe termen lung. Provocarea esențială a fost conceperea de materiale suficient de subțiri, dar durabile, care să poată susține componentele electronice în timp ce se flexează imperceptibil pe piele. Elastomerii oferă elasticitate, dar respirabilitate minimă. Filmele polimerice precum parilena excelează ca izolatori, dar se dovedesc greu de manipulat la scară nanometrică. Alte opțiuni, cum ar fi poliimida, necesită procesare chimică complexă folosind straturi de sacrificiu instabile. Cercetătorii de la Nankai au urmat o abordare neconvențională, obținând nanodielectricul lor din polimerul aramid, același material rezistent folosit în vestele antiglonț Kevlar. Ei numesc filmele AND-uri. „Nanodielectricul nostru aramid este foarte promițător ca dielectrici pentru viitoarele electronice asemănătoare pielii”, spune Zhu. Echipa exfoliază aramida în nanofibre de doar 10 nanometri lățime, acoperindu-le prin rotație în pelicule de grosime adaptată. Legătura intermoleculară remarcabil de puternică din lanțurile polimerice îmbunătățește aderența și rezistența la căldură, menținând în același timp straturile subțiri. AND-urile pot fi, de asemenea, transparente și permeabile la vaporii de apă, făcându-le substraturi ideale pentru plasturi transdermici cu biodetecție. „Filmele ȘI sunt rezistente mecanic, dar sunt conforme, netede și transparente”, spune Zhu. „Sunt, de asemenea, inerți din punct de vedere chimic, stabili termic până la 300 °C și se pot detașa singur de pe substraturi de prelucrare fără solvenți de gravare.” Pentru a demonstra viabilitatea în lumea reală, cercetătorii au construit două dispozitive foarte diferite folosind filme AND. Unul este electrozii imuni la transpirație pentru monitorizarea cu precizie a semnalelor electrofiziologice, cum ar fi electromiografia și electrocardiografia. Celălalt este flexibil microprocesoare cu tranzistori cu efect de câmp suficient de subțire pentru a se înfășura în jurul părului uman fără pierderi de performanță. Electrozii din nanofire de argint montați pe piele cu filme AND au înregistrat cu succes activitatea musculară și cardiacă chiar și atunci când subiecții de testare au transpirat abundent sau au făcut duș. Electrozii de gel convenționali s-au defectat în astfel de condiții în care transpirația degradează conductivitatea. Cercetătorii atribuie performanțe superioare ȘI respirabilității prevenind acumularea de transpirație sub detectoare. Măsurătorile cantitative au arătat că filmele AND de 100 nm au o rată de transmitere a vaporilor de apă care depășește 90% din expunerea în aer liber. Între timp, tranzistoarele cu efect de câmp care îmbrățișează părul, cu filme AND care servesc simultan ca dielectric de poartă și substrat, au arătat proprietăți electronice excelente, cum ar fi funcționarea la joasă tensiune până la doar 4V, mobilități de 40 cm.2/Vs și rapoarte pornit/oprit care depășesc 100,000. Și au îndurat îndoirea extremă la circumferințe mai mici decât un păr uman, fără deteriorare aparentă sau scădere a performanței. „Tranzistorii ultraflexibili pot funcționa corect atunci când sunt înfășurați în jurul părului uman, fără nicio degradare a performanței”, notează Zhu. Zhu afirmă că majoritatea electronicelor existente pentru piele se bazează pe tehnici de nanofabricare nestandardizate, prea personalizate pentru producția la scară largă, esențiale pentru adoptarea medicală de masă. Dar capacitatea filmelor AND la fluxurile de lucru litografice convenționale depășește acest obstacol. „Abordarea noastră la scară de napolitană permite producția în masă și integrarea cu metodele moderne de fabricare a electronicelor”, explică el. Deși rămâne de lucru mai mult înainte ca pacienții să beneficieze de progresele promise de electronicele flexibile, Zhu dă un ton de optimism temperat. „Prevăzăm că nanodielectricii aramid vor transforma dispozitivele medicale miniaturizate de generația următoare și bionica”, spune el. „Aducerea acestei tehnologii din domeniul science fiction-ului către realitatea clinică ar putea avea un impact profund asupra sănătății umane.
– Michael este autorul a trei cărți ale Societății Regale de Chimie:
Nano-Society: Impingerea limitelor tehnologiei,
Nanotehnologie: Viitorul este minuscul, și
Nanoinginerie: abilitățile și instrumentele care fac tehnologia invizibilă
Copyright ©
Nanowerk LLC
Deveniți un autor invitat Spotlight! Alăturați-vă grupului nostru mare și în creștere de colaboratori invitați. Tocmai ați publicat o lucrare științifică sau aveți alte dezvoltări interesante de împărtășit cu comunitatea nanotehnologiei? Iată cum să publicați pe nanowerk.com.
- Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
- PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
- Sursa: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64467.php
- :are
- :este
- $UP
- 000
- 10
- 100
- 11
- 20
- 2011
- 300
- 31
- 32
- 40
- 7
- 8
- a
- achiziție
- activitate
- adapta
- adecvat
- aderare
- Adoptare
- progresele
- AIR
- permite
- de asemenea
- an
- și
- Orice
- aparent
- aplicatii
- abordare
- înflăcărat
- SUNT
- în jurul
- AS
- At
- autor
- gradului de conştientizare
- b
- bazat
- BE
- fost
- înainte
- beneficia
- Berger
- bespoke
- biomedicale
- necompletat
- Manuale
- limitele
- descoperire
- construit
- antiglonț
- dar
- by
- CAN
- Centru
- lanţuri
- contesta
- chimic
- chimie
- chinez
- clinic
- combina
- confort
- comunitate
- complex
- conforme
- componente
- concept
- Condiții
- conductibilitate
- contactați-ne
- convențional
- ar putea
- enigmă
- greoaie
- prejudiciu
- Data
- zeci de ani
- Refuzați
- demonstra
- modele
- În ciuda
- detaliu
- evoluții
- Dispozitive
- diferit
- direct
- jos
- dr
- numit
- în timpul
- e
- Devreme
- uşor
- efect
- Electronic
- Componente electronice
- șmirghel
- permite
- permite
- inginer
- Îmbunătăţeşte
- suficient de
- esenţial
- Chiar
- Excel
- excelent
- captivant
- existent
- explică
- Expunere
- extremă
- fabricând
- cu care se confruntă
- A eșuat
- fibre
- Ficţiune
- camp
- filme
- Flexibilitate
- flexibil
- Pentru
- prevedea
- din
- alimentat
- funcţie
- fuzionând
- fuziune
- viitor
- poartă
- generaţie
- gif
- scop
- mare
- grup
- În creştere
- Oaspete
- Par
- manipula
- Avea
- he
- Sănătate
- inimă
- ierarhic
- Înalt
- deține
- Cum
- Cum Pentru a
- HTTPS
- uman
- ideal
- Illinois
- imagine
- imaginaţie
- Impactul
- in
- integrare
- intim
- în
- complicat
- Ioan
- alătura
- jpg
- doar
- păstrare
- mare
- pe scară largă
- straturi
- ca
- limitări
- local
- siglă
- Lung
- pe termen lung
- de pe
- maşină
- Mainstream
- Efectuarea
- om
- de fabricaţie
- Masa
- material
- Materiale
- Între timp
- măsurători
- medical
- dispozitive medicale
- Metode
- Michael
- De mijloc
- minim
- Modern
- Monitorizarea
- mai mult
- cele mai multe
- mişcare
- muscular
- nume
- nanotehnologie
- Nou
- următor
- notițe
- acum
- obstacol
- of
- on
- ONE
- deschide
- operaţie
- Optimism
- Opţiuni
- or
- Altele
- al nostru
- Hârtie
- Patch-uri
- pacientes
- performanță
- permisiune
- fotografii
- PHP
- Plato
- Informații despre date Platon
- PlatoData
- polimer
- Popular
- potenţial
- Precizie
- prevenirea
- proces
- prelucrare
- producere
- profund
- Progres
- promisiune
- a promis
- Promisiuni
- promițător
- cum se cuvine
- proprietăţi
- protetică
- Dovedi
- furniza
- publica
- publicat
- editor
- Editare
- împingerea
- cantitativ
- rată
- lumea reală
- Realitate
- tărâm
- inregistrata
- se bazează
- rămășițe
- raportează
- necesita
- cercetare
- cercetători
- Rezistență
- Rogers
- regal
- ruina
- acelaşi
- spune
- Ştiinţă
- Romane științifico-fantastice
- ştiinţific
- Om de stiinta
- oamenii de stiinta
- fără sudură
- perfect
- senior
- senzori
- servire
- Distribuie
- a arătat
- arătând
- Semnal
- semnalele
- Siliciu
- Silver
- simultan
- aptitudini
- Piele
- mai mici
- netezi
- Societate
- specialiști
- Rotire
- Reflector
- stabil
- Lipi
- rezistenţă
- Grevele
- puternic
- structura
- Reușit
- astfel de
- superior
- a sustine
- Suprafață
- SUDOARE
- sistem
- adaptate
- tantalic
- echipă
- tehnici de
- Tehnologia
- temporar
- durată
- test
- decât
- acea
- Viitorul
- lor
- Lor
- termic
- ei
- acest
- deşi?
- mii
- trei
- ori
- la
- TONE
- de asemenea
- Unelte
- față de
- transdermic
- transfer
- transferat
- transformare
- transparent
- Două
- neconvențional
- în
- unic
- universitate
- deschide
- fără precedent
- dezvaluit
- actualizări
- URL-ul
- utilizare
- utilizat
- folosind
- foarte
- viabilitate
- viziune
- vizionar
- Apă
- cand
- care
- în timp ce
- larg
- cu
- în
- fără
- Apartamente
- fluxuri de lucru
- ar
- încadra
- Înfășurat
- încă
- tu
- Ta
- zephyrnet