20 січня 2024 р
(Прожектор Nanowerk) Електронні пристрої, складно встановлені на людській шкірі, давно захоплювали наукову уяву, спокушаючи спеціалістів, обіцяючи бездоганне злиття людини та машини. Така схема обіймів шкіри може розблокувати медичні датчики безпрецедентної гостроти або біонічні кінцівки, підключені до нервової системи. Але, незважаючи на десятиліття старанних досліджень, неадекватні матеріали перешкоджали прогресу на шляху до цієї далекоглядної мети. Зараз команда китайських матеріалознавців повідомляє про прорив у виготовленні тонких як тканина плівок, ідеальних для монтажу гнучкої електроніки. Видання в нові матеріали («Арамідні нанодіелектрики для ультраконформних прозорих електронних оболонок»), дослідники з Університету Нанкай детально описують свої спеціалізовані «арамідні нанодіелектричні» полімерні шари – названі AND – які унікальним чином поєднують нанорозмірну товщину та гнучкість, подібну до крил, із міцною стійкістю до термічних і хімічних навантажень, які можуть зруйнувати більш крихкі плівки. Маючи товщину лише 100 нанометрів – у тисячі разів тонше за людську волосину – плівки AND поєднують високу міцність із легким приляганням до шкіри. Вони також прозорі, дихаючі та можуть витримувати температуру понад 300 °C.
Демонстрація ультраконформної електроніки на основі AND. а) Ієрархічна структура арамідних волокон. b) Схематичні ілюстрації виготовлення та процесу саморозшарування пристроїв. c) Фотографія пристроїв на AND, виготовлених на 3-дюймовій кремнієвій пластині. d) Фотографія, що демонструє процес саморозшарування AND. e,f) Фотографії ультраконформної електроніки на основі AND, перенесені на e) шкіру людини та f) лист. (Передруковано з дозволу Wiley-VCH Verlag) «Для таких нових застосувань, як біоелектроніка, конформний контакт із місцевою поверхнею забезпечує точне отримання сигналу та комфорт», — пояснює старший автор д-р Цзянь Чжу, науковець з матеріалів Нанькайського університету. «Наші плівки І можуть дозволити електроніці, схожій на шкіру, тісно адаптуватися до складної топологічної текстури людської шкіри». Бачення електроніки, яка плавно поєднується з фізіологією людини, десятиліттями спонукало до палких досліджень. Також дублюється "епідермальна електронікаКонцепція стала популярною в 2011 році, коли біомедичний інженер Джон Роджерс з Університету Іллінойсу представив пристрої для «епідермального тимчасового татуювання», які приклеюються безпосередньо до шкіри, сприймаючи рух і частоту серцевих скорочень. Але такі ранні розробки стикалися з обмеженнями, як-от потенційне подразнення шкіри під час тривалого використання. Головне завдання полягало в розробці достатньо тонких, але міцних матеріалів, які могли б підтримувати електронні компоненти, непомітно згинаючись на шкірі. Еластомери забезпечують еластичність, але мінімальну повітропроникність. Полімерні плівки на кшталт парилену є чудовими ізоляторами, але виявляються громіздкими в роботі на нанорозмірі. Інші варіанти, такі як поліімід, вимагають складної хімічної обробки з використанням нестійких витратних шарів. Дослідники з Nankai застосували нетрадиційний підхід, отримавши свій нанодіелектрик з арамідного полімеру, того самого міцного матеріалу, який використовується у кевларових бронежилетах. Вони називають плівки І. «Наш арамідний нанодіелектрик має великі перспективи як діелектрик для майбутньої шкірної електроніки», — говорить Чжу. Команда відлущує арамід у нановолокна шириною лише 10 нанометрів, наносячи на них плівки спеціальної товщини. Надзвичайно сильний міжмолекулярний зв’язок у полімерних ланцюгах покращує адгезію та термостійкість, зберігаючи шари тонкими. AND також можуть бути прозорими та проникними для водяної пари, що робить їх ідеальними субстратами для трансдермальних біосенсорних пластирів. «Плівки AND механічно міцні, але сумісні, гладкі та прозорі», — говорить Чжу. «Вони також є хімічно інертними, термічно стабільними до 300 –C і самовід’єднуються від оброблюваних підкладок без травильних розчинників». Щоб продемонструвати життєздатність у реальному світі, дослідники створили два дуже різні пристрої, використовуючи плівки І. Один із них – електроди, стійкі до поту, для точного моніторингу електрофізіологічних сигналів, таких як електроміографія та електрокардіографія. Інший гнучкий мікропроцесори на польових транзисторах досить тонкий, щоб охопити людське волосся без втрати продуктивності. Установлені на шкірі срібні нанодротяні електроди з плівками AND успішно реєстрували м’язову та серцеву діяльність, навіть коли випробувані рясно потіли або приймали душ. Звичайні гелеві електроди виходили з ладу за таких умов, оскільки піт погіршує провідність. Дослідники пояснюють чудову продуктивність І повітропроникністю, що запобігає накопиченню поту під детекторами. Кількісні вимірювання показали, що плівки AND товщиною 100 нм мають швидкість пропускання водяної пари, що перевищує 90% на відкритому повітрі. Тим часом польові транзистори з ефектом волосся, з плівками AND, які одночасно служать діелектриком затвора та підкладкою, продемонстрували чудові електронні властивості, такі як робота при низькій напрузі лише до 4 В, рухливість 40 см2/Vs, а співвідношення ввімкнення/вимкнення перевищує 100,000 XNUMX. І вони витримали екстремальне згинання до окружності, меншої за людську волосину, без видимих пошкоджень або зниження продуктивності. «Ультрагнучкі транзистори можуть нормально функціонувати, якщо їх намотати на людське волосся, без будь-яких погіршень продуктивності», — зазначає Чжу. Чжу стверджує, що більшість існуючих електронних пристроїв для шкіри покладаються на нестандартні методи нанофабрикації, які надто спеціально розроблені для великомасштабного виробництва, що має важливе значення для медичного впровадження. Але придатність плівок AND до звичайних літографічних процесів долає цю перешкоду. «Наш підхід до пластинчастого масштабу забезпечує масове виробництво та інтеграцію з сучасними методами виробництва електроніки», — пояснює він. Незважаючи на те, що ще потрібно виконати додаткові роботи, перш ніж пацієнти отримають вигоду від прогресу, обіцяного гнучкою електронікою, Чжу вражає тоном стриманого оптимізму. «Ми передбачаємо, що арамідні нанодіелектрики трансформують мініатюрні медичні пристрої та біоніку наступного покоління», — каже він. «Перенесення цієї технології зі сфери наукової фантастики в клінічну реальність може серйозно вплинути на здоров’я людини.
By
Майкл
Бергер
– Майкл є автором трьох книг Королівського товариства хімії:
Нано-суспільство: розсув кордони технологій,
Нанотехнології: Майбутнє крихітне та
Наноінженерія: навички та інструменти, що роблять технологію невидимою
Copyright ©
ТОВ «Нановерк».
Станьте запрошеним автором Spotlight! Приєднуйтесь до нашої великої та зростаючої групи гості дописувачі. Ви щойно опублікували наукову роботу чи маєте інші цікаві розробки, якими можете поділитися з нанотехнологічною спільнотою? Ось як опублікувати на nanowerk.com.
- Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
- ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
- PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
- джерело: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64467.php
- : має
- :є
- $UP
- 000
- 10
- 100
- 11
- 20
- 2011
- 300
- 31
- 32
- 40
- 7
- 8
- a
- придбання
- діяльність
- пристосовувати
- адекватно
- прихильність
- Прийняття
- досягнення
- AIR
- дозволяє
- Також
- an
- та
- будь-який
- здається
- застосування
- підхід
- полум'яний
- ЕСТЬ
- навколо
- AS
- At
- автор
- обізнаність
- b
- заснований
- BE
- було
- перед тим
- користь
- Бергер
- замовляти
- біомедичні
- порожній
- книги
- Межі
- прорив
- побудований
- куленепробивний
- але
- by
- CAN
- Центр
- ланцюга
- виклик
- хімічний
- хімія
- китайський
- Клінічний
- об'єднувати
- комфорт
- співтовариство
- комплекс
- поступливий
- Компоненти
- концепція
- Умови
- провідність
- контакт
- звичайний
- може
- суть
- громіздкий
- пошкодження
- Дата
- десятиліття
- Відмова прийняти
- демонструвати
- конструкцій
- Незважаючи на
- деталь
- події
- прилади
- різний
- безпосередньо
- вниз
- dr
- охрестили
- під час
- e
- Рано
- легко
- ефект
- Electronic
- електроніка
- з'являються
- включіть
- дозволяє
- інженер
- Підсилює
- досить
- істотний
- Навіть
- перевершувати
- відмінно
- захоплюючий
- існуючий
- Пояснює
- експонування
- екстремальний
- виготовлення
- стикаються
- не вдалося
- волокна
- Художня література
- поле
- фільми
- Гнучкість
- гнучкий
- для
- передбачити
- від
- підживлюється
- функція
- злиття
- злиття
- майбутнє
- ворота
- покоління
- GIF
- мета
- великий
- Group
- Зростання
- гість
- Hair
- обробляти
- Мати
- he
- здоров'я
- Серце
- ієрархічна
- Високий
- тримає
- Як
- How To
- HTTPS
- людина
- ідеальний
- Іллінойс
- зображення
- уяву
- Impact
- in
- інтеграція
- інтимно
- в
- складний
- Джон
- приєднатися
- JPG
- просто
- зберігання
- великий
- масштабний
- шарів
- як
- недоліки
- місцевий
- логотип
- Довго
- довгостроковий
- від
- машина
- Mainstream
- Робить
- людина
- виробництво
- Маса
- матеріал
- Матеріали
- Між тим
- вимірювання
- медичний
- медичні прилади
- методика
- Майкл
- Середній
- мінімальний
- сучасний
- моніторинг
- більше
- найбільш
- рух
- м'яз
- ім'я
- нанотехнології
- Нові
- наступний
- примітки
- зараз
- перешкода
- of
- on
- ONE
- відкрити
- операція
- Оптимізм
- Опції
- or
- Інше
- наші
- Папір
- Патчі
- pacientes
- продуктивність
- дозвіл
- фотографії
- PHP
- plato
- Інформація про дані Платона
- PlatoData
- полімер
- популярний
- потенціал
- Точність
- попередження
- процес
- обробка
- Production
- глибоко
- прогрес
- обіцянку
- пообіцяв
- обіцяє
- перспективний
- правильно
- властивості
- Протезування
- Доведіть
- забезпечувати
- публікувати
- опублікований
- видавець
- Видавничий
- Натискання
- кількісний
- ставка
- Реальний світ
- Реальність
- царство
- записаний
- покладатися
- залишається
- звітом
- вимагати
- дослідження
- Дослідники
- Опір
- Роджерс
- королівський
- губити
- то ж
- говорить
- наука
- Наукова фантастика
- науковий
- вчений
- Вчені
- безшовні
- плавно
- старший
- датчиків
- виступаючої
- Поділитись
- показав
- показ
- Сигнал
- сигнали
- Кремній
- срібло
- одночасно
- навички
- Шкіра
- менше
- згладити
- суспільство
- Фахівці
- Спін
- Прожектор
- стабільний
- палиця
- сила
- страйки
- сильний
- структура
- Успішно
- такі
- чудовий
- підтримка
- поверхню
- ПІТ
- система
- з урахуванням
- дражливий
- команда
- методи
- Технологія
- тимчасовий
- термін
- тест
- ніж
- Що
- Команда
- Майбутнє
- їх
- Їх
- теплової
- вони
- це
- хоча?
- тисячі
- три
- times
- до
- TONE
- занадто
- інструменти
- до
- трансдермальний
- переклад
- передані
- перетворення
- прозорий
- два
- нетрадиційний
- при
- однозначно
- університет
- відімкнути
- безпрецедентний
- представила
- Updates
- URL
- використання
- використовуваний
- використання
- дуже
- життєздатності
- бачення
- провидцем
- вода
- коли
- який
- в той час як
- широкий
- з
- в
- без
- Work
- Робочі процеси
- б
- обернути
- Загорнуті
- ще
- ви
- вашу
- зефірнет