Noile „electronice tranzitorii” se dizolvă în prezența apei, deschizând o nouă gamă de aplicații posibile. Imagine prin Institutul Beckman, Universitatea Illinois și Tufts
Pentru majoritatea dintre noi, un dispozitiv electronic ideal este durabil și de lungă durată. O echipă interdisciplinară de cercetători a dezvoltat totuși o nouă clasă de circuite care ne obligă să ne regândim conceptul despre ceea ce poate face electronica în lume.
Invenția lor - un circuit ultra-clar, bazat pe siliciu, care funcționează pentru o perioadă precisă de timp, de la minute la ani, apoi se dizolvă complet în apă - ar putea duce la implantarea de rutină a unor electronice minuscule în interiorul corpului sau în mediul înconjurător. trebuie să le extrageți după utilizare. Echipa de cercetare, de la Tufts University, Northwestern University și University of Illinois, își dezvăluie avansul într-o lucrare publicată astăzi în Știință . Ele se referă la aceasta ca la o intrare inițială într-un nou câmp numit „electronice tranzitorii”.
„Aceste produse electronice sunt acolo când aveți nevoie de ele, iar după ce și-au servit scopul dispar, ” a spus Yonggang Huang, care a condus partea de nord-vest a echipei, care s-a concentrat pe teorie, design și modelare. „Acesta este un concept complet nou.”
Circuitele din electronica convențională sunt fabricate din siliciu, un material care se dizolvă în mod natural în apă în timp, dar la viteze care înseamnă că un circuit tipic ar dura sute de ani să dispară. Foile de siliciu care alcătuiesc aceste noi electronice tranzitorii au totuși doar câțiva nanometri grosi, astfel încât se pot dizolva de-a lungul câtorva minute atunci când intră în contact chiar și cu un volum minuscul de apă sau un fluid pentru corp. Urmăriți cum circuitul se dizolvă (aproape ca o bandă care îmbibă respirația) când este stropit cu apă, la 15 secunde în acest videoclip:
Până în prezent, prin imprimarea circuitelor folosind conductoare solubile (cum ar fi magneziu sau oxid de magneziu) pe foile de silicon ultratin, cercetătorii au creat tranzistoare funcționale, diode, bobine de alimentare fără fir, senzori de temperatură și efort, fotodetectori, celule solare, radio oscilatoare, antene și chiar și camere simple digitale de 64 de pixeli care se dizolvă complet.
Echipa de cercetare își imaginează o serie de aplicații diferite pentru invenția lor. În prezent, chirurgii sunt reticenți la implantarea dispozitivelor de monitorizare medicală (să spunem, pentru a verifica existența unei infecții post-chirurgicale) din cauza dificultății de extragere a acestora. Dar un implant realizat din electronice tranzitorii care a efectuat o funcție de diagnostic sau de monitorizare pentru o perioadă determinată de timp, apoi dizolvat în siguranță în organism, ar putea deveni un mod de rutină pentru un medic să urmărească progresul pacientului după operație. Alte dispozitive tranzitorii ar putea monitoriza temperatura sau activitatea musculară sau pot furniza medicamente în interior.
La șobolani, echipa a demonstrat cu succes un implant care a monitorizat o infecție bacteriană la un loc de incizie chirurgicală și ar putea-o eradica prin încălzire, dacă este necesar. La trei săptămâni după ce a fost implantat, în pielea șobolanului au rămas doar urme ale circuitului.
Cercetatorii au implantat o placa de circuit tranzitorie in pielea unui sobolan pentru a testa viabilitatea folosirii unor astfel de tehnologii ca dispozitive de monitorizare post-chirurgicale la om. Imagine prin Institutul Beckman, Universitatea Illinois și Tufts
În plus, circuitele tranzitorii ar putea fi utilizate în situații de monitorizare a mediului, cum ar fi utilizarea senzorilor fără fir care sunt aplicați după o deversare de ulei pentru a urmări condițiile de sol înainte de a se dizolva după o perioadă de timp stabilită. Monitoarele ar putea fi, de asemenea, amplasate pe clădiri sau drumuri pentru a detecta deformarea structurală treptată în timp. Circuitele tranzitorii s-ar putea transforma chiar în electronice de consum - circuitul interior al unui telefon ar putea fi proiectat pentru a se dizolva în prezența unui anumit lichid - pentru a combate cantitatea din ce în ce mai mare de deșeuri electronice produse, pe măsură ce actualizăm frecvent telefoane sau alte dispozitive.
Deoarece siliciul este în mod natural abundent în mediu și materialul conducător, magneziul, este biocompatibil - și apare în mod natural în organism - cercetătorii cred că circuitele nu vor dăuna sănătății noastre sau mediului atunci când se dizolvă. Desigur, rămâne de văzut dacă acesta este cazul, iar testarea ulterioară este necesară înainte de punerea în aplicare a invenției.
Circuitele tranzitorii ar putea fi utilizate în aplicațiile de monitorizare a mediului, eliminând ulterior nevoia de curățare. Imagine prin Institutul Beckman, Universitatea Illinois și Tufts
Fiecare dintre aceste aplicații diferite ar necesita rate diferite de descompunere. Un implant medical care este conceput pentru a face față infecțiilor potențiale cauzate de incizii la locul chirurgical este necesar doar pentru câteva săptămâni. Dar pentru un dispozitiv electronic de consum, ai dori să rămână în jur de cel puțin un an sau doi ", a spus John Rogers, care a condus grupul Universității din Illinois care a lucrat la experimentare și fabricare.
Pentru a controla cât durează un circuit, cercetătorii îl acoperă cu straturi de mătase de protecție de diferite grosimi. Cu cât mătase este mai groasă, cu atât este mai lungă pentru a se dizolva și abia atunci siliciul începe să se dezintegreze. Până la dispariția mătăsii, circuitele pot funcționa în timp ce sunt scufundate complet în apă sau într-un lichid salin tamponat cu fosfat, similar chimic cu fluidele din corpul uman.
Grupul de cercetare își perfecționează în prezent proiectele și efectuează mai multe teste pe animale, precum și lucrează cu un producător de semiconductori pentru a testa potențialul producției la scară industrială. Faptul că tehnologia se bazează pe circuitele de imprimare pe o suprafață de siliciu - ca marea majoritate a electronicelor existente - înseamnă că modificări minore ale procesului de fabricație ar putea produce circuite tranzitorii funcționale.
„Este un concept nou, deci există o mulțime de oportunități, multe dintre care probabil nici nu am identificat încă”, a spus Rogers. „Suntem foarte încântați. Aceste descoperiri deschid domenii de aplicare complet noi. "
