https://frosthead.com

Znanstvenici izmišljaju elektroničke krugove koji se otapaju u vodi

Nova "prolazna elektronika" otapa se u prisutnosti vode, otvarajući novi raspon mogućih primjena. Slika putem Instituta Beckman, Sveučilište Illinois i Sveučilište Tufts

Za većinu nas idealan je elektronički uređaj izdržljiv i dugotrajan. Interdisciplinarni tim istraživača, međutim, razvio je novu klasu sklopova koji nas prisiljavaju da preispitamo naš koncept onoga što elektronika može raditi u svijetu.

Njihov izum - ultratanki, bistri krug na bazi silicijuma koji djeluje u preciznom vremenskom periodu, u rasponu od minuta do godine, a zatim se potpuno rastopi u vodi - mogao bi dovesti do rutinske implantacije sitne elektronike u tijelo ili u okoliš bez ikakve treba ih izdvojiti nakon upotrebe. Istraživački tim sa Sveučilišta Tufts, Sveučilišta Northwestern i Sveučilišta Illinois, otkrio je svoj napredak u radu objavljenom danas u časopisu Science . Oni to smatraju početnim ulaskom u novo polje nazvano "prolazna elektronika".

"Ove su elektronike tu kad vam trebaju, a nakon što posluže svrsi, nestaju", rekao je Yonggang Huang, koji je predvodio sjeverozapadni dio tima, koji se fokusirao na teoriju, dizajn i modeliranje. "Ovo je potpuno novi koncept."

Krugovi unutar konvencionalne elektronike izrađeni su od silikona, materijala koji se prirodno otapa u vodi tijekom vremena, ali brzinom koja znači da bi tipični krug trebao stotine godina da nestane. Listovi silikona koji čine ovu novu prolaznu elektroniku debeli su samo nekoliko nanometara, tako da se mogu rastopiti tijekom nekoliko minuta kada dođu u kontakt s čak malim volumenom vode ili tjelesne tekućine. Pogledajte kako se krug rastvara (gotovo poput trake za osvježavanje daha) kada se poprska vodom, 15 sekundi u ovaj videozapis:



Do sada su tiskanjem krugova pomoću topljivih vodiča (poput magnezijevog ili magnezijevog oksida) na ultratankim silicijskim listovima istraživači stvorili funkcionalne tranzistore, diode, bežične strujne zavojnice, senzore temperature i deformacije, fotodetektore, solarne ćelije, radio oscilatore, antene i čak i jednostavni digitalni fotoaparati od 64 piksela koji se potpuno rastvaraju.

Istraživački tim zamišlja niz različitih primjena za njihov izum. Trenutno kirurzi nerado ugrađuju medicinske uređaje za praćenje (recimo kako bi provjerili ima li infekcije nakon operacije) zbog poteškoća u njihovom uklanjanju. Ali implantat napravljen od prolazne elektronike koja je obavljala dijagnostičku ili nadzornu funkciju u određenom vremenskom periodu, a zatim se otopio u tijelu, mogao bi postati rutinski način da liječnik prati napredak pacijenta nakon operacije. Ostali privremeni uređaji mogli bi nadzirati temperaturu ili mišićnu aktivnost ili ih interno dostavljati.

U štakora je tim uspješno pokazao implantat koji je pratio bakterijsku infekciju na mjestu kirurškog rezanja i mogao ga je iskorijeniti grijanjem ako je potrebno. Tri tjedna nakon implantacije na koži štakora ostali su samo tragovi kruga.

Istraživači su ugradili prijelaznu ploču u kožu štakora kako bi testirali održivost korištenja takvih tehnologija kao što su uređaji za praćenje poslije operacije kod ljudi. Slika putem Instituta Beckman, Sveučilište Illinois i Sveučilište Tufts

Pored toga, privremeni se krugovi mogu koristiti u situacijama praćenja okoliša, poput korištenja bežičnih senzora koji se primjenjuju nakon izlijevanja ulja radi praćenja stanja tla prije otapanja nakon određenog vremenskog razdoblja. Monitori se mogu postaviti na zgrade ili prometnice kako bi se otkrilo postupno strukturno deformiranje. Privremeni sklopovi mogli bi čak upasti u potrošačku elektroniku - unutarnja sklop telefona mogla bi biti dizajnirana za otapanje u prisutnosti određene tekućine - za borbu protiv sve veće količine elektroničkog otpada koji nastaje dok često nadograđujemo telefone ili druge uređaje.

Kako je silicij prirodno bogat u okolišu, a provodni materijal, magnezij, bio je kompatibilan - i prirodno se pojavljuje u tijelu - istraživači vjeruju da krugovi neće naštetiti našem zdravlju ili okolišu kada se otope. Naravno, ostaje da se vidi je li to slučaj, te je potrebno daljnje ispitivanje prije primjene izuma.

Privremeni se sklopovi mogu koristiti u aplikacijama za nadgledanje okoliša, eliminirajući potrebu za čišćenjem nakon toga. Slika putem Instituta Beckman, Sveučilište Illinois i Sveučilište Tufts

Svaka od ovih različitih primjena zahtijevala bi različite brzine propadanja. „Medicinski implantat koji je osmišljen za rješavanje mogućih infekcija izrezom na mjestu kirurškog zahvata potreban je samo nekoliko tjedana. No, za potrošački elektronički uređaj željeli biste da se on drži barem godinu ili dvije ", rekao je John Rogers, koji je vodio grupu na Sveučilištu Illinois koja je radila na eksperimentiranju i izmišljotini.

Da bi kontrolirali koliko dugo krug stoji oko njega, istraživači ga pokrivaju zaštitnim svilenim kaputima različitih debljina. Što je debljina svile, dulje je potrebno za otapanje i tek tada se silicij počinje raspadati. Dok svile ne nestanu, krugovi mogu funkcionirati dok su potpuno potopljeni u vodi ili fiziološkoj tekućini puferiranoj fosfatima, kemijski sličnom tekućinama u ljudskom tijelu.

Istraživačka skupina trenutno usavršava svoje dizajne i provodi više ispitivanja na životinjama, kao i radi s proizvođačem poluvodiča kako bi testirala potencijal za industrijsku proizvodnju. Činjenica da se tehnologija oslanja na tiskarske krugove na silicijskoj površini - poput većine postojeće elektronike - znači da bi male promjene u procesu proizvodnje mogle rezultirati funkcionalnim privremenim krugovima.

"To je novi koncept, tako da postoji puno mogućnosti, od kojih mnoge vjerojatno još nismo identificirali", rekao je Rogers. "Jako smo uzbuđeni. Ovi nalazi otvaraju potpuno nova područja primjene. "

Znanstvenici izmišljaju elektroničke krugove koji se otapaju u vodi