Uusi ”ohimenevä elektroniikka” liukenee veden läsnä ollessa, avaten uuden mahdollisten sovellusalueiden. Kuva Beckman-instituutin, Illinoisin yliopiston ja Tufts-yliopiston kautta
Useimmille meistä ihanteellinen elektroninen laite on kestävä ja pitkäikäinen. Tieteidenvälinen tutkijaryhmä on kuitenkin kehittänyt uuden piirisarjan, joka pakottaa meidät miettimään uutta käsitystämme siitä, mitä elektroniikka voi tehdä maailmassa.
Heidän keksintö - erittäin ohut, kirkas, piipohjainen piiri, joka toimii tarkan ajanjakson ajan minuutteista vuosiin ja liukenee sitten täysin veteen - voisi johtaa pienen elektroniikan rutiininomaiseen istuttamiseen vartaloon tai ympäristöön ilman mitään täytyy purkaa ne käytön jälkeen. Tuftsin yliopiston, Luoteis-yliopiston ja Illinoisin yliopiston tutkimusryhmä paljastaa edistymisen tänään Science-julkaisussa . He viittaavat siihen alkuperäisenä tulona uuteen kenttään nimeltä ”ohimenevä elektroniikka”.
"Nämä elektroniikat ovat siellä, kun tarvitset niitä, ja kun ne ovat käyttäneet tarkoitustaan, ne katoavat", kertoi Yonggang Huang, joka johti ryhmän luoteisosaa, joka keskittyi teoriaan, suunnitteluun ja mallintamiseen. "Tämä on täysin uusi käsite."
Tavanomaisen elektroniikan piirit ovat piitä, materiaalia, joka liukenee luonnollisesti veteen ajan myötä, mutta nopeuksilla, jotka tarkoittavat tyypillisen piirin katoavan satojen vuosien ajan. Nämä uudet ohimenevät elektroniikat muodostavat piilevyt ovat kuitenkin vain muutaman nanometrin paksuisia, joten ne voivat liueta muutaman minuutin kuluessa joutuessaan kosketukseen pienen määrän vettä tai kehon nestettä. Katso, kuinka piiri liukenee (melkein kuin henkeäsalpaava nauha), kun sitä tiputetaan vedellä, 15 sekuntia tähän videoon:
Toistaiseksi tulostamalla piirejä, joissa käytetään liukenevia johtimia (kuten magnesiumia tai magnesiumoksidia) erittäin ohuille piilevyille, tutkijat ovat luoneet toiminnallisia transistoreita, diodeja, langattomia tehokeloja, lämpötila- ja rasitusantureita, valodetektoreita, aurinkokennoja, radiooskillaattoreita, antenneja ja jopa yksinkertaiset 64 pikselin digitaalikamerat, jotka liukenevat kokonaan.
Tutkimusryhmä kuvittelee keksintönsä joukon erilaisia sovelluksia. Tällä hetkellä kirurgit ovat haluttomia implantoimaan lääketieteellisiä tarkkailulaitteita (esimerkiksi tarkistamaan tartuntaa leikkauksen jälkeen), koska niiden hankkiminen on vaikeaa. Mutta ohimenevästä elektroniikasta valmistetusta implantaatista, joka suoritti diagnoosin tai tarkkailutoiminnon asetetun ajanjakson ajan ja liukeni sitten turvallisesti vartaloon, voisi tulla rutiinitapa lääkärille seurata potilaan etenemistä leikkauksen jälkeen. Muut ohimenevät laitteet voivat seurata lämpötilaa tai lihaksen aktiivisuutta tai toimittaa lääkettä sisäisesti.
Rotilla ryhmä osoitti onnistuneesti implantin, jota tarkkailtiin bakteeri-infektion varalta kirurgisessa viiltokohdassa ja joka pystyi hävittämään sen lämmittämällä tarvittaessa. Kolme viikkoa implantoinnin jälkeen vain jälkiä piiristä jäi rotan ihoon.
Tutkijat implantoivat ohimenevän piirilevyn rotan ihoon testatakseen sellaisten tekniikoiden käyttökelpoisuutta, joita ihmisillä käytetään leikkauksen jälkeisinä seurantalaitteina. Kuva Beckman-instituutin, Illinoisin yliopiston ja Tufts-yliopiston kautta
Lisäksi ohimeneviä piirejä voitaisiin käyttää ympäristön valvontatilanteissa, kuten esimerkiksi käyttämällä langattomia antureita, joita käytetään öljyvuodon jälkeen seuraamaan maanolosuhteita ennen liukenemista tietyn ajanjakson jälkeen. Monitorit voitaisiin myös sijoittaa rakennuksiin tai ajoratoille asteittaisen rakenteellisen muodonmuutoksen havaitsemiseksi ajan myötä. Ohimenevät piirit voisivat jopa päästä kuluttajille suunnattuun elektroniikkaan - puhelimen sisäinen piiri voidaan ehkä suunnitella liukenemaan tietyn nesteen läsnäollessa - torjumaan kasvavaa määrää elektronista jätettä, jota syntyy, kun päivitämme puhelimia tai muita laitteita usein.
Koska piitä on luonnossa runsaasti ympäristössä ja johtava materiaali, magnesium, on bioyhteensopivaa - ja sitä esiintyy luonnollisesti kehossa -, tutkijat uskovat, että piirit eivät vahingoita terveyttämme tai ympäristöä, kun ne liukenevat. Tietenkin on vielä selvitettävä, onko tämä asia, ja lisätestaus on tarpeen ennen kuin keksintö toteutetaan.
Ohimeneviä piirejä voitaisiin käyttää ympäristön seurannan sovelluksissa, jolloin puhdistustarve poistuu myöhemmin. Kuva Beckman-instituutin, Illinoisin yliopiston ja Tufts-yliopiston kautta
Jokainen näistä erilaisista sovelluksista vaatii erilaisia vajoamisnopeuksia. ”Lääketieteellistä implanttia, joka on suunniteltu käsittelemään leikkausalueen viiltojen mahdollisia infektioita, tarvitaan vain pari viikkoa. Mutta kulutuselektroniikkalaitteissa haluaisit, että sen tarttuisivat ainakin vuodeksi tai kahdeksi vuodeksi ”, kertoi John Rogers, joka johti Illinoisin yliopiston ryhmää, joka työskenteli kokeilun ja valmistuksen parissa.
Valvoakseen kuinka kauan piiri kiertää ympäriinsä, tutkijat peittävät sen eripaksuisilla suojaavilla silkkipäällysteillä. Mitä paksumpi silkki, sitä kauemmin liukeneminen kestää, ja vasta silloin piin alkaa hajota. Siihen saakka, kun silkki on poissa, piirit voivat toimia samalla kun ne upotetaan kokonaan veteen tai fosfaattipuskuroituun suolaliuosnesteeseen, kemiallisesti samankaltaisia kuin ihmisen kehon nesteet.
Tutkimusryhmä tarkentaa parhaillaan suunnitelmiaan ja suorittaa enemmän eläinkokeita sekä työskentelee puolijohdevalmistajan kanssa teollisen mittakaavan valmistuksen mahdollisuuksien testaamiseksi. Se tosiasia, että tekniikka riippuu painopiireistä piipinnalla - kuten suurin osa olemassa olevasta elektroniikasta - tarkoittaa, että pienet valmistusprosessin muutokset voivat tuottaa toiminnallisia ohimeneviä piirejä.
"Se on uusi konsepti, joten mahdollisuuksia on paljon, joista monia emme todennäköisesti ole edes tunnistaneet", Rogers sanoi. ”Olemme erittäin innoissamme. Nämä havainnot avaavat täysin uusia sovellusalueita. ”
