物理科技生物学-PHYICA

印刷佐藤由佳电子为带电纹身和个性化生物传感器开辟了道路

纳米技术 2022-01-21 23:58:09

杜克大学 杜克大学研究生尼克·威廉姆斯(Nick Williams)的小拇指下侧直接印刷了两条电子激活导线,当施加电压时,它们成功点亮了一个发光二极管

学分:尼克·威廉姆斯,杜克大学 杜克大学的电气工程师已经设计出一种完全就地印刷的电子技术,这种技术足够温和,可以在包括纸张和人体皮肤在内的精细表面上工作

这一进展可能会使高粘附性、嵌入式电子纹身和绷带等技术与特定患者的生物传感器相结合

7月9日在线发表在《纳米尺度》杂志上的一系列论文和10月3日发表在《美国化学学会纳米》杂志上的一系列论文描述了这些技术

詹姆斯·L·富兰克林说:“当人们听到‘印刷电子产品’这个词时,他们的期望是,人们把一个基板和电子电路的设计装入打印机,在一段合理的时间后,去掉一个功能齐全的电子电路。”

伊丽莎白·M

杜克大学电气和计算机工程副教授

富兰克林说:“多年来,有许多研究论文承诺这种‘全印刷电子产品’,但实际情况是,这个过程实际上包括多次取出样品进行烘烤、清洗或在上面旋涂材料。”

“我们是第一个现实与公众认知相符的地方

" 所谓的电子纹身的概念是在2000年末由约翰·阿在伊利诺伊大学首次提出的

罗杰斯现在是西北大学材料科学与工程的路易斯·辛普森和金伯利·克雷教授

罗杰斯的电子纹身不是永久性注射到皮肤中的真正纹身,而是由薄而柔韧的橡胶片组成,其中包含同样柔韧的电子元件

杜克大学的研究生尼克·威廉姆斯沿着他的小指下侧打印了两条电子激活导线,在它们之间放置了小的发光二极管灯,并施加电压以显示电路保持完整,即使他弯曲手指

学分:尼克·威廉姆斯,杜克大学 这种薄膜贴在皮肤上很像一个临时纹身,早期版本的柔性电子设备包含心脏和大脑活动监视器和肌肉刺激器

虽然这些类型的设备正在走向商业化和大规模制造,但也有一些不太适合它们的领域,例如需要通过添加定制电子设备来直接修改表面

富兰克林说:“为了使直接印刷或附加印刷真正有用,你需要能够一步印刷出你正在印刷的所有东西。”

“一些更具异国情调的应用包括紧密相连的电子纹身,可用于生物标记或独特的检测机制,用于即时定制电子产品的快速原型制作,以及可轻松集成到定制绷带中的纸质诊断

" 在7月的论文中,富兰克林的实验室和杜克大学化学教授本杰明·威利的实验室开发了一种含有银纳米线的新型墨水,这种墨水可以用气溶胶打印机在低温下打印到任何基底上

它产生一种薄膜,不需要任何进一步处理就能保持其导电性

印刷后,油墨在不到两分钟的时间内干燥,即使承受50%的弯曲应变超过1000次,仍能保持其高电气性能

在第一篇论文的视频中,研究生尼克·威廉姆斯沿着他的小指下侧打印了两条电子活动导线

在他手指的末端,他将导线连接到一个小的发光二极管灯上

然后,他在两根印刷导线的底部施加电压,使发光二极管保持点亮,即使他弯曲和移动手指

在第二篇论文中,富兰克林和研究生石亨·卢将导电墨水更进一步,并将其与另外两种可印刷组件结合起来,制造出功能晶体管

打印机首先放下一条碳纳米管半导体带

一旦干燥,不需要从打印机上取下塑料或纸质基底,就可以打印出两条从两侧延伸几厘米的银纳米线引线

然后,在原始半导体条的顶部印刷二维材料的非导电电介质层,即六方氮化硼,随后是最终的银纳米线栅电极

杜克大学电气和计算机工程教授艾伦·富兰克林和他的研究生尼克·威廉姆斯谈论并展示了他们新的现场打印技术,该技术足够温和,可以将电子产品直接打印到纸张或人体皮肤上

信用:维罗尼克·科赫 以今天的技术,这些步骤中至少有一个需要移除基板进行额外的处理,例如化学浴以冲洗掉不需要的材料,硬化处理以确保各层不会混合,或者延长烘烤以移除可能干扰电场的有机材料的痕迹

但是富兰克林的就地印刷不需要这些步骤,尽管需要每层完全干燥以避免混合材料,但可以在迄今为止报道的最低整体加工温度下完成

富兰克林说:“没人想到这种雾化墨水,尤其是氮化硼墨水,能在至少一个半小时不烘烤的情况下,提供制造功能电子产品所需的性能。”

“但我们不仅让它开始工作,还发现打印后烘烤两个小时并不能提高它的性能

它是最好的,因为它可以得到仅仅使用我们的完全就地印刷的过程

" 富兰克林并不认为他的印刷方法会取代可穿戴电子产品的大规模制造过程

但是他确实看到了应用的潜在价值,比如快速原型制作或者一种尺寸不适合所有人的情况

富兰克林说:“考虑制作定制绷带,其中包含生物传感器等电子设备,护士可以走到工作站,输入特定患者需要的功能。”

“这种按需打印功能有助于推动这一发展

"

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