Ngày 20 tháng 2024 năm XNUMX
(Tiêu điểm Nanowerk) Các thiết bị điện tử được gắn phức tạp trên da người từ lâu đã thu hút trí tưởng tượng khoa học, trêu ngươi các chuyên gia bằng cách hứa hẹn sự kết hợp liền mạch giữa con người và máy móc. Mạch điện ôm sát da như vậy có thể mở khóa các cảm biến y tế có độ nhạy chưa từng có hoặc các chi sinh học được nối với hệ thần kinh. Nhưng bất chấp nhiều thập kỷ nghiên cứu siêng năng, vật liệu không đầy đủ đã cản trở tiến trình hướng tới mục tiêu có tầm nhìn này.
Nay một nhóm các nhà khoa học vật liệu Trung Quốc báo cáo một bước đột phá trong việc chế tạo màng mỏng mô lý tưởng để gắn các thiết bị điện tử dẻo. Xuất bản ở Vật liệu tiên tiến (“Chất điện môi nano Aramid dành cho da điện tử trong suốt siêu phù hợp”), các nhà nghiên cứu từ Đại học Nankai trình bày chi tiết các lớp polymer “điện môi nano aramid” được thiết kế riêng của họ – được đặt tên là AND – kết hợp độc đáo độ dày nano và tính linh hoạt giống như cánh với khả năng phục hồi cứng cáp trước các ứng suất nhiệt và hóa học có thể làm hỏng các màng mỏng manh hơn.
Với độ dày chỉ 100 nanomet – mỏng hơn hàng nghìn lần so với sợi tóc người – màng AND kết hợp độ bền cao với khả năng bám dính dễ dàng vào da. Chúng cũng trong suốt, thoáng khí và có thể chịu được nhiệt độ trên 300°C.
Trình diễn các thiết bị điện tử siêu phù hợp dựa trên AND. a) Cấu trúc phân cấp của sợi aramid. b) Sơ đồ minh họa quá trình chế tạo và tự tách lớp của thiết bị. c) Ảnh chụp các thiết bị trên AND được chế tạo trên tấm wafer silicon 3 inch. d) Ảnh chụp quá trình tự phân tách của AND. e,f) Ảnh chụp thiết bị điện tử siêu phù hợp dựa trên AND được truyền lên e) da người và f) chiếc lá. (In lại với sự cho phép của Wiley-VCH Verlag)
Tác giả cấp cao, Tiến sĩ Jian Zhu, nhà khoa học vật liệu tại Đại học Nankai giải thích: “Đối với các ứng dụng mới nổi như điện tử sinh học, sự tiếp xúc phù hợp với bề mặt cục bộ cho phép thu được tín hiệu chính xác và thoải mái”. “Phim AND của chúng tôi có thể cho phép các thiết bị điện tử giống như da thích ứng chặt chẽ với kết cấu cấu trúc liên kết phức tạp của da người.”
Tầm nhìn về thiết bị điện tử kết hợp liền mạch với sinh lý con người đã thúc đẩy hoạt động nghiên cứu nhiệt tình trong nhiều thập kỷ. Còn được mệnh danh là ‘điện tử biểu bì', khái niệm này đã trở nên phổ biến vào năm 2011 khi kỹ sư y sinh John Rogers tại Đại học Illinois trình làng các thiết bị “hình xăm tạm thời chuyển qua biểu bì” dính trực tiếp lên da, cảm nhận chuyển động và nhịp tim. Nhưng những thiết kế ban đầu như vậy phải đối mặt với những hạn chế như khả năng kích ứng da khi sử dụng lâu dài.
Thách thức mấu chốt là phải tạo ra các vật liệu vừa đủ mỏng nhưng bền, có thể hỗ trợ các linh kiện điện tử trong khi uốn cong trên da mà không thể nhận thấy. Chất đàn hồi mang lại khả năng co giãn nhưng độ thoáng khí tối thiểu. Các màng polyme như parylene có khả năng cách điện vượt trội nhưng lại tỏ ra cồng kềnh khi xử lý ở cấp độ nano. Các lựa chọn khác như polyimide yêu cầu xử lý hóa học phức tạp bằng cách sử dụng các lớp hy sinh không ổn định.
Các nhà nghiên cứu Nankai đã theo đuổi một cách tiếp cận độc đáo, tạo ra chất điện môi nano từ polyme aramid, cùng loại vật liệu cứng được sử dụng trong áo chống đạn Kevlar. Họ gọi là phim AND.
Zhu cho biết: “Chất điện môi nano aramid của chúng tôi hứa hẹn sẽ là chất điện môi cho các thiết bị điện tử giống da trong tương lai”.
Nhóm nghiên cứu tách aramid thành các sợi nano có chiều rộng chỉ 10 nanomet, phủ chúng thành các màng có độ dày phù hợp. Liên kết liên phân tử mạnh mẽ đáng kể trong chuỗi polymer giúp tăng cường độ bám dính và khả năng chịu nhiệt trong khi vẫn giữ cho các lớp mỏng hơn. AND cũng có thể trong suốt và có khả năng thấm hơi nước, khiến chúng trở thành chất nền lý tưởng cho các miếng dán cảm biến sinh học xuyên da.
Zhu cho biết: “Phim AND có độ bền cơ học cao nhưng vẫn tuân thủ, mịn và trong suốt”. “Chúng cũng trơ về mặt hóa học, ổn định nhiệt lên tới 300 –C và có thể tự tháo rời khỏi chất nền xử lý mà không cần dung môi ăn mòn.”
Để chứng minh khả năng tồn tại trong thế giới thực, các nhà nghiên cứu đã chế tạo hai thiết bị rất khác nhau sử dụng phim AND. Một là các điện cực miễn dịch mồ hôi để theo dõi chính xác các tín hiệu điện sinh lý như điện cơ và điện tâm đồ. Cái kia linh hoạt bộ vi xử lý bóng bán dẫn hiệu ứng trường đủ mỏng để quấn quanh tóc người mà không làm giảm hiệu suất.
Các điện cực dây nano bạc gắn trên da có màng AND đã ghi lại thành công hoạt động của cơ và tim ngay cả khi đối tượng thử nghiệm đổ nhiều mồ hôi hoặc tắm. Các điện cực gel thông thường không hoạt động trong những điều kiện như mồ hôi làm giảm độ dẫn điện. Các nhà nghiên cứu cho rằng hiệu suất vượt trội là nhờ khả năng thoáng khí AND ngăn chặn sự tích tụ mồ hôi bên dưới máy dò. Các phép đo định lượng cho thấy màng AND 100 nm có tốc độ truyền hơi nước vượt quá 90% khi tiếp xúc với không khí mở.
Trong khi đó, các bóng bán dẫn hiệu ứng trường ôm sát tóc, với màng AND đóng vai trò đồng thời làm chất điện môi cổng và chất nền, cho thấy các đặc tính điện tử tuyệt vời như hoạt động ở điện áp thấp xuống chỉ 4V, độ linh động 40 cm2/Vs và tỷ lệ bật/tắt vượt quá 100,000. Và chúng chịu được sự uốn cong cực độ đến chu vi nhỏ hơn sợi tóc người mà không bị hư hại hoặc suy giảm hiệu suất rõ ràng.
Zhu lưu ý: “Các bóng bán dẫn siêu linh hoạt có thể hoạt động bình thường khi quấn quanh tóc người mà không có bất kỳ sự suy giảm hiệu suất nào”.
Zhu khẳng định rằng hầu hết các thiết bị điện tử trên da hiện nay đều dựa vào các kỹ thuật chế tạo nano không đạt tiêu chuẩn, quá riêng biệt để sản xuất quy mô lớn, điều cần thiết cho việc áp dụng y tế chính thống. Nhưng khả năng tuân thủ của phim AND đối với quy trình in thạch bản thông thường đã khắc phục được trở ngại này.
Ông giải thích: “Phương pháp tiếp cận quy mô wafer của chúng tôi cho phép sản xuất hàng loạt và tích hợp với các phương pháp chế tạo thiết bị điện tử hiện đại”.
Mặc dù vẫn còn nhiều việc phải làm trước khi bệnh nhân được hưởng lợi từ những tiến bộ hứa hẹn của thiết bị điện tử linh hoạt, Zhu vẫn tỏ ra lạc quan.
Ông nói: “Chúng tôi thấy trước chất điện môi nano aramid sẽ biến đổi các thiết bị y tế thu nhỏ và sinh học thế hệ tiếp theo”. “Đưa công nghệ này từ lĩnh vực khoa học viễn tưởng sang thực tế lâm sàng có thể tác động sâu sắc đến sức khỏe con người.
– Michael là tác giả của ba cuốn sách của Hiệp hội Hóa học Hoàng gia:
Xã hội Nano: Đẩy mạnh ranh giới của công nghệ,
Công nghệ nano: Tương lai nhỏ bévà
Nanoengineering: Các kỹ năng và công cụ làm cho công nghệ vô hình
Bản quyền ©
Công Ty TNHH Nanowerk
Trở thành tác giả khách mời của Spotlight! Tham gia nhóm lớn và đang phát triển của chúng tôi những người đóng góp cho khách. Bạn vừa xuất bản một bài báo khoa học hoặc có những phát triển thú vị khác để chia sẻ với cộng đồng công nghệ nano? Đây là cách xuất bản trên nanowerk.com.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64467.php
- : có
- :là
- $ LÊN
- 000
- 10
- 100
- 11
- 20
- 2011
- 300
- 31
- 32
- 40
- 7
- 8
- a
- mua lại
- hoạt động
- thích ứng
- đầy đủ
- tuân thủ
- Nhận con nuôi
- tiến bộ
- KHÔNG KHÍ
- cho phép
- Ngoài ra
- an
- và
- bất kì
- rõ ràng
- các ứng dụng
- phương pháp tiếp cận
- hăng hái
- LÀ
- xung quanh
- AS
- At
- tác giả
- nhận thức
- b
- dựa
- BE
- được
- trước
- hưởng lợi
- Berger
- bespoke
- y sinh
- trống
- Sách
- ranh giới
- bước đột phá
- xây dựng
- báo cáo
- nhưng
- by
- CAN
- Trung tâm
- chuỗi
- thách thức
- hóa chất
- hóa học
- Trung Quốc
- Lâm sàng
- kết hợp
- thoải mái
- cộng đồng
- phức tạp
- compliant
- các thành phần
- khái niệm
- điều kiện
- độ dẫn
- liên lạc
- thông thường
- có thể
- điểm then chốt
- cồng kềnh
- hư hại
- Ngày
- thập kỷ
- Từ chối
- chứng minh
- thiết kế
- Mặc dù
- chi tiết
- phát triển
- Thiết bị (Devices)
- khác nhau
- trực tiếp
- xuống
- dr
- được mệnh danh là
- suốt trong
- e
- Đầu
- dễ dàng
- hiệu lực
- điện tử
- Thiết bị điện tử
- mới nổi
- cho phép
- cho phép
- ky sư
- Nâng cao
- đủ
- thiết yếu
- Ngay cả
- Excel
- tuyệt vời
- thú vị
- hiện tại
- Giải thích
- Tiếp xúc
- cực
- chế tạo
- phải đối mặt
- thất bại
- sợi
- Tiểu thuyết
- lĩnh vực
- phim
- Linh hoạt
- linh hoạt
- Trong
- thấy trước
- từ
- được thúc đẩy
- chức năng
- hợp nhất
- nhiệt hạch
- tương lai
- cửa khẩu
- thế hệ
- gif
- mục tiêu
- tuyệt vời
- Nhóm
- Phát triển
- Khách
- Tóc
- xử lý
- Có
- he
- cho sức khoẻ
- Trái Tim
- thứ bậc
- Cao
- giữ
- Độ đáng tin của
- Hướng dẫn
- HTTPS
- Nhân loại
- lý tưởng
- Illinois
- hình ảnh
- trí tưởng tượng
- Va chạm
- in
- hội nhập
- thân mật
- trong
- phức tạp
- nhà vệ sinh
- tham gia
- jpg
- chỉ
- giữ
- lớn
- quy mô lớn
- lớp
- Lượt thích
- hạn chế
- địa phương
- Logo
- dài
- lâu
- sự mất
- máy
- Mainstream
- Làm
- người đàn ông
- sản xuất
- Thánh Lễ
- vật liệu
- nguyên vật liệu
- Trong khi đó
- đo
- y khoa
- thiết bị y tế
- phương pháp
- Michael
- Tên đệm
- tối thiểu
- hiện đại
- giám sát
- chi tiết
- hầu hết
- chuyển động
- cơ bắp
- tên
- công nghệ nano
- Mới
- tiếp theo
- Chú ý
- tại
- trở ngại
- of
- on
- ONE
- mở
- hoạt động
- Lạc quan
- Các lựa chọn
- or
- Nền tảng khác
- vfoXNUMXfipXNUMXhfpiXNUMXufhpiXNUMXuf
- Giấy
- Các bản vá lỗi
- bệnh nhân
- hiệu suất
- cho phép
- hình ảnh
- PHP
- plato
- Thông tin dữ liệu Plato
- PlatoDữ liệu
- polymer
- Phổ biến
- tiềm năng
- Độ chính xác
- ngăn chặn
- quá trình
- xử lý
- Sản lượng
- sâu sắc
- Tiến độ
- lời hứa
- hứa
- Hứa hẹn
- hứa hẹn
- đúng
- tài sản
- Bộ phận nhân tạo
- Chứng minh
- cho
- xuất bản
- công bố
- nhà xuất bản
- Xuất bản
- Đẩy
- định lượng
- Tỷ lệ
- thế giới thực
- Thực tế
- vương quốc
- ghi lại
- dựa
- vẫn còn
- báo cáo
- yêu cầu
- nghiên cứu
- nhà nghiên cứu
- Sức đề kháng
- Rogers
- hoàng gia
- làm hỏng
- tương tự
- nói
- Khoa học
- Khoa học giả tưởng
- khoa học
- Nhà khoa học
- các nhà khoa học
- liền mạch
- liền mạch
- cao cấp
- cảm biến
- phục vụ
- Chia sẻ
- cho thấy
- hiển thị
- Tín hiệu
- tín hiệu
- Silicon
- Gói Bạc
- đồng thời
- kỹ năng
- Da
- nhỏ hơn
- trơn tru
- Xã hội
- chuyên gia
- Quay
- Spotlight
- ổn định
- Stick
- sức mạnh
- Đình công
- mạnh mẽ
- cấu trúc
- Thành công
- như vậy
- cao
- hỗ trợ
- Bề mặt
- MỒ HÔI
- hệ thống
- phù hợp
- trêu ngươi
- nhóm
- kỹ thuật
- Công nghệ
- tạm thời
- kỳ hạn
- thử nghiệm
- hơn
- việc này
- Sản phẩm
- Tương lai
- cung cấp their dịch
- Them
- nhiệt
- họ
- điều này
- Tuy nhiên?
- hàng ngàn
- số ba
- thời gian
- đến
- TẤN
- quá
- công cụ
- đối với
- xuyên qua da
- chuyển
- chuyển
- biến đổi
- minh bạch
- hai
- khác thường
- Dưới
- độc đáo
- trường đại học
- mở khóa
- chưa từng có
- Tiết lộ
- Cập nhật
- URL
- sử dụng
- đã sử dụng
- sử dụng
- rất
- khả năng tồn tại
- tầm nhìn
- nhìn xa trông rộng
- Nước
- khi nào
- cái nào
- trong khi
- rộng
- với
- ở trong
- không có
- Công việc
- Luồng công việc
- sẽ
- bọc
- Bọc
- nhưng
- bạn
- trên màn hình
- zephyrnet