Nova »prehodna elektronika« se raztopi v prisotnosti vode, kar odpira novo paleto možnih aplikacij. Slika prek Inštituta Beckman, Univerze v Illinoisu in Univerze Tufts
Za večino nas je idealna elektronska naprava trpežna in dolgotrajna. Meddisciplinarna skupina raziskovalcev pa je razvila nov razred vezij, ki nas sili k premisleku o našem konceptu, kaj lahko elektronika na svetu počne.
Njihov izum - ultra tanko, bistro vezje na osnovi silicija, ki deluje natančno časovno obdobje, od minut do let, nato pa se v vodi popolnoma raztopi - lahko privede do rutinske vsaditve drobne elektronike v telo ali v okolje brez kakršnih koli jih je treba po uporabi izvleči. Raziskovalna skupina z Univerze Tufts, severozahodne univerze in univerze v Illinoisu razkriva svoj napredek v prispevku, objavljenem danes v Science . Navajajo ga kot prvi vnos v novo polje, imenovano »prehodna elektronika«.
"Ta elektronika je tam, ko jih potrebujete, in potem, ko so služili svojemu namenu, izginejo, " je dejal Yonggang Huang, ki je vodil del severozahodne skupine, ki se je osredotočila na teorijo, oblikovanje in modeliranje. "To je popolnoma nov koncept."
Vezja v običajni elektroniki so narejena iz silicija, materiala, ki se naravno raztopi v vodi sčasoma, vendar s hitrostmi, ki pomenijo, da tipično vezje traja sto let, da izgine. Silikonski listi, ki sestavljajo to novo prehodno elektroniko, pa so debeli le nekaj nanometrov, tako da se lahko v nekaj minutah raztopijo, ko pridejo v stik s celo majhno količino vode ali telesne tekočine. Oglejte si, kako se vezje raztopi (skoraj kot trak za osvežitev diha), ko ga poškropite z vodo, 15 sekund v tem videu:
Raziskovalci so do zdaj s tiskanjem vezij z uporabo topnih prevodnikov (kot magnezijev ali magnezijev oksid) na ultra tanke silikonske liste ustvarili funkcionalne tranzistorje, diode, brezžične napajalne tuljave, temperaturne in deformacijske senzorje, fotodetektorje, sončne celice, radijske oscilatorje, antene in celo preprosti digitalni fotoaparati s 64 pikami, ki se popolnoma raztopijo.
Raziskovalna skupina za svoj izum predstavlja vrsto različnih aplikacij. Trenutno kirurgi nočejo vsaditi medicinskih pripomočkov za spremljanje (recimo za preverjanje okužbe po operaciji) zaradi težav pri njihovem odstranjevanju. Toda vsadek, narejen iz prehodne elektronike, ki je v določenem obdobju izvajala diagnostično ali nadzorno funkcijo, nato pa se varno raztopila v telesu, bi lahko zdravnik postal rutinski način, da spremlja bolnikov napredek po operaciji. Druge prehodne naprave lahko spremljajo temperaturo ali mišično aktivnost ali dajejo zdravilo interno.
Pri podganah je ekipa uspešno dokazala implantat, ki je spremljal bakterijsko okužbo na mestu kirurškega zareza in jo po potrebi lahko izkoreninil s segrevanjem. Tri tedne po vsaditvi so v podganji koži ostali samo sledovi vezja.
Raziskovalci so vsadili prehodno vezje v podgano kožo, da bi preizkusili sposobnost uporabe takšnih tehnologij, kot so naprave za spremljanje po operaciji pri ljudeh. Slika prek Inštituta Beckman, Univerze v Illinoisu in Univerze Tufts
Poleg tega bi lahko prehodne tokokroge uporabili v okoliščinah nadzorovanja okolja, na primer z uporabo brezžičnih senzorjev, ki se uporabijo po razlitju olja za sledenje talnih razmer, preden se raztopijo po določenem časovnem obdobju. Monitorji bi se lahko postavili tudi na zgradbe ali ceste, da bi odkrili postopno strukturno deformacijo. Prehodna vezja bi se lahko celo podala v potrošniško elektroniko - notranja vezja telefona bi bila morda zasnovana za raztapljanje v prisotnosti določene tekočine - za boj proti vse večji količini elektronskih odpadkov, ki nastajajo, ko pogosto nadgrajujemo telefone ali druge naprave.
Ker je silicij v okolju naravno bogat in je prevodni material, magnezij, biokompatibilen - in se naravno pojavlja v telesu - raziskovalci verjamejo, da vezja ne bodo škodila našemu zdravju ali okolju, ko se raztopijo. Seveda je še treba ugotoviti, ali je temu tako, in nadaljnje testiranje je potrebno, preden se izum izvede.
Prehodna vezja bi se lahko uporabljala v aplikacijah za spremljanje okolja, kar bi odpravilo potrebo po čiščenju. Slika prek Inštituta Beckman, Univerze v Illinoisu in Univerze Tufts
Vsaka od teh različnih aplikacij bi zahtevala različne stopnje razpada. "Medicinski implantat, ki je zasnovan za odpravo možnih okužb zaradi kirurških posegov, je potreben le nekaj tednov. Toda pri potrošniški elektronski napravi bi radi, da se le-ta zadrži vsaj za leto ali dve, "je dejal John Rogers, ki je vodil skupino Univerze v Illinoisu, ki je delala na eksperimentiranju in izmišljotini.
Da bi nadzirali, kako dolgo kroži vez, ga raziskovalci pokrivajo z zaščitnimi svilenimi plašči različnih debelin. Čim debelejša je svila, dlje traja raztapljanje in šele takrat se silicij začne razpadati. Dokler svile ne mine, lahko tokokrogi delujejo, medtem ko so popolnoma potopljeni v vodo ali fiziološko raztopino, napolnjeno s fosfati, kemično podobno tekočinam v človeškem telesu.
Raziskovalna skupina trenutno izpopolnjuje svoje načrte in izvaja več preskusov na živalih ter sodeluje s proizvajalcem polprevodnikov, da bi preizkusila potencial za industrijsko proizvodnjo. Dejstvo, da se tehnologija opira na tiskarska vezja na silicijevi površini - tako kot velika večina obstoječe elektronike - pomeni, da bi lahko manjše spremembe proizvodnega procesa prinesle funkcionalna prehodna vezja.
"To je nov koncept, zato je veliko priložnosti, od katerih jih verjetno še nismo ugotovili, " je dejal Rogers. "Zelo smo navdušeni. Te ugotovitve odpirajo povsem nova področja uporabe. "
