ابداع یک رسانای الاستیک و نازک برای دستگاه های پوشیدنی و کاشتنی
به گزارش سینا پرس همدان، در سال‌های اخیر، مهندسان برای توسعه قطعات الکترونیکی پیچیده‌تر و کوچک‌تر کار کرده‌اند که می‌توانند دستگاه‌های آینده را تامین کنند. این شامل اجزای نازک و کششی است که به راحتی می‌توان آنها را روی پوست پوشید یا در داخل بدن انسان کاشت.
محققان RIKEN، دانشگاه فناوری نانیانگ، دانشگاه ملی سنگاپور، دانشگاه توکیو و سایر مؤسسات در ژاپن، سنگاپور و چین اخیراً یک هادی الکتریکی الاستیک جدید را کشف کرده اند که ضخامت آن 1.3 میکرومتر است. این رسانا که در مقاله ای منتشر شده در Nature Electronics معرفی شده است، می تواند توسعه حسگرهای پوشیدنی و کاشتنی را پیش ببرد.
ژی جیانگ، یکی از محققانی که این مطالعه را انجام داده است گفت : دستگاه‌های الکترونیکی بسیار نازک می‌توانند یک رابط منحنی با سطوح منحنی ایجاد کنند، در هنگام پوشیدن توسط انسان قابل درک نیستند، و هنگامی که در حیوانات کاشته می‌شوند، باعث دفع جسم خارجی قوی (FBR) نمی‌شوند.
پیش از این، دستگاه های الکترونیکی فوق نازک بر روی فیلم های پلاستیکی مانند پلی آمید، پاریلن و SU8 ساخته می شدند. با این حال، در کاربردهای پوشیدنی و کاشتنی، دستگاه‌ها می‌توانند با پوست انسان و اندام‌های خاصی (مانند قلب، ماهیچه‌ها و اعصاب) دچار تغییر شکل شوند، بنابراین باید قابل کشش باشند.
او هدف اصلی کار اخیر جیانگ و همکارانش ایجاد ماده ای کشش پذیر بود که بتواند از عملکرد پایدار دستگاه های الکترونیکی بسیار نازک پوشیدنی و قابل کاشت برای مدت طولانی پشتیبانی کند. برای انجام این کار، آنها یک فیلم با ضخامت 1.2 میکرومتر با استفاده از یک الاستومر تایید شده توسط FDA به نام پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) ایجاد کردند. سپس از این فیلم به عنوان جایگزینی برای فیلم‌های پلاستیکی که معمولاً برای ایجاد دستگاه‌های الکترونیکی زیست سازگار استفاده می‌شوند، استفاده کردند..
جیانگ گفت: پیش از این، همه هادی‌های PDMS-Au از لایه‌های ضخیم PDMS (ضخامت بین ده‌ها تا صدها میکرومتر) استفاده می‌کردند که رابط ضعیفی با پوست بافت‌دار انسان و اندام‌های ابعاد کوچک (اعصاب سیاتیک و بسته‌های ماهیچه‌ای) نشان می‌دادند.
علاوه بر این، پوست انسان همیشه نیاز به تنفس دارد و نفوذپذیری گاز لایه‌های ضخیم PDMS به اندازه‌ای بالا نیست که این اجازه را بدهد. با کاهش ضخامت به 1.2 میکرومتر، فیلم های فوق نازک PDMS نفوذپذیری گاز بالایی را نشان دادند که مانع از تنفس پوست نشد.
محققان برای ایجاد هادی الاستیک خود، ابتدا یک فیلم PDMS با ضخامت 1.2 میکرومتر با استفاده از تکنیکی به نام پوشش چرخشی ایجاد کردند. آنها سپس این فیلم فوق نازک را روی یک شیشه با پوشش PDMS با ضخامت 100 میکرومتر منتقل کردند و یک لایه طلا به ضخامت 50 نانومتر را تبخیر کردند.
جیانگ گفت: با استفاده از یک ماسک سایه، می‌توانیم هادی‌های خود را الگوبرداری کنیم و آرایه‌های الکترود چند کانالی را با وضوح بالا (100 میکرومتر) تشکیل دهیم. سپس، با استفاده از یک لایه PDMS بسیار نازک دیگر به‌عنوان لایه کپسوله‌سازی، به‌طور انتخابی ناحیه کوچک طلا را به عنوان سایت های الکترود در معرض دید قرار دادیم. کپسوله سازی با پیوند محکم دو فیلم PDMS پس ازتیمار پلاسمایی اکسیژن اتفاق افتاد.
به دلیل طراحی منحصربفرد ریز ترک، مواد PDMS-Au این تیم بسیار قابل کشش است، بسیار بیشتر از فیلم های پلاستیکی آزمایش شده در گذشته. قابل توجه است که فرآیند ساخت آن نیز بسیار با روش‌های تولید میکروالکترونیک موجود سازگار است که می‌تواند تولید در مقیاس بزرگ آن را تسهیل کند.
جیانگ گفت: با مقایسه الکترودهایی با ضخامت‌های مختلف برای هر دو رابط روی پوست و عصبی، ما نشان دادیم که یک رابط بدون درز می‌تواند در تحویل محرک الکتریکی و فرآیندهای ضبط سیگنال الکتریکی نقش داشته باشد. برای اولین بار مشخص شد که رابط بین دستگاه‌های الکترونیکی و بافت‌ها برای اعصاب بسیار مهم است. بنابراین مطالعه ما و پدیده‌ای که کشف کردیم باید برای ایجاد سایر رابط‌های دستگاه/بافت روشن گر باشد.
استراتژی رشد ریزترک‌های طلا بر روی PDMS که توسط جیانگ و همکارانش استفاده شد، منجر به ایجاد ماده‌ای شد که می‌توانست تا 300 درصد کشیده شود و قابلیت‌های رسانایی خود را حفظ کند. در آینده، این استراتژی می تواند توسط محققان دیگر برای طراحی مواد قابل کشش مبتنی بر میکروترک جایگزین استفاده شود.
علاوه بر این، هادی جدید ارائه شده در این مقاله اخیر می تواند برای ایجاد دستگاه های میکروالکترونیک قابل پوشیدن و کاشت قابل اعتمادتر استفاده شود. این تیم قبلاً از آن برای ساخت الکترودهای تنفسی و مقاوم در برابر آب که می‌توان روی پوست انسان اعمال کرد، و همچنین حسگرهایی با ضخامت 3 میکرومتر که می‌توانند نیروهای مکانیکی و الکترودهای عصبی قابل کاشت را تشخیص دهند، بهره بردند.
جیان افزود: ما اکنون در حال بررسی دو جهت اصلی تحقیقاتی هستیم. هدف اول بهبود بیشتر عملکرد هادی های الاستیک فوق نازک ما از دیدگاه مهندسی دستگاه است. ثانیاً، ما با دانشمندان زیست‌شناسی کار می‌کنیم تا پتانسیل دستگاه‌های الکترونیکی الاستیک بسیار نازک خود را به عنوان ابزاری قدرتمند برای درک پدیده‌های بیولوژیکی بررسی کنیم.
منبع : phys.org
مترجم: سید سپهر ارومیهء
