"Elektronik sementara" baru dibubarkan dengan kehadiran air, membuka rangkaian aplikasi yang baru. Imej melalui Institut Beckman, Universiti Illinois dan Tufts University
Bagi kebanyakan kita, peranti elektronik yang ideal adalah tahan lama dan tahan lama. Walau bagaimanapun, pasukan penyelidik antara disiplin telah membangunkan kelas baru litar yang memaksa kami untuk memikirkan semula konsep kami tentang apa yang boleh dilakukan oleh elektronik di dunia.
Ciptaan mereka-sebuah litar berasaskan ultrathin, jelas, berasaskan silikon yang berfungsi untuk tempoh masa yang tepat, mulai dari minit ke tahun, kemudian larut sepenuhnya di dalam air-boleh membawa kepada implantasi rutin elektronik kecil di dalam badan atau dalam alam sekitar tanpa apa-apa perlu mengekstrak mereka selepas digunakan. Pasukan penyelidikan, dari Tufts University, Northwestern University dan University of Illinois, mendedahkan kemajuan mereka dalam makalah yang diterbitkan hari ini dalam Sains . Mereka merujuknya sebagai kemasukan awal ke dalam bidang baru yang dipanggil "elektronik sementara."
"Elektronik ini ada ketika anda memerlukannya, dan setelah mereka melayani tujuan mereka, mereka hilang, " kata Yonggang Huang, yang memimpin bahagian Northwestern pasukan, yang memberi tumpuan kepada teori, rekaan dan pemodelan. "Ini adalah konsep yang baru."
Litar-litar di dalam elektronik konvensional diperbuat daripada silikon, bahan yang secara semulajadi larut dalam air dari masa ke masa tetapi pada kadar yang bermakna litar tipikal akan mengambil masa beratus-ratus tahun untuk hilang. Lembaran silikon yang membentuk elektronik transien baru ini, bagaimanapun, hanya beberapa nanometer yang tebal, supaya ia boleh dibubarkan selama beberapa minit apabila mereka bersentuhan dengan jumlah kecil air atau cecair badan. Tonton bagaimana litar larut (hampir seperti jalur penyegaran nafas) apabila ia ditaburkan dengan air, 15 saat ke dalam video ini:
Setakat ini, dengan mencetak litar menggunakan konduktor larut (seperti magnesium atau magnesium oksida) pada helaian silikon ultrathin, penyelidik telah mencipta transistor berfungsi, diod, gegelung kuasa wayarles, suhu dan sensor terikan, photodetectors, sel suria, pengayun radio, antena dan walaupun mudah kamera digital 64 pixel yang dibubarkan sepenuhnya.
Pasukan penyelidikan membayangkan pelbagai aplikasi yang berbeza untuk ciptaan mereka. Pada masa ini, pakar bedah enggan memasang alat pengawasan perubatan (katakan, untuk memeriksa jangkitan selepas pembedahan) kerana kesulitan mengekstrak mereka. Tetapi implan yang dibuat daripada elektronik sementara yang melakukan fungsi diagnostik atau pemantauan untuk jangka masa tertentu, kemudian dibubarkan dengan selamat di dalam badan, boleh menjadi cara rutin bagi seorang doktor untuk menindaklanjuti kemajuan pesakit selepas pembedahan. Peranti sementara lain boleh memantau suhu atau aktiviti otot, atau menyampaikan ubat secara dalaman.
Dalam tikus, pasukan berjaya menunjukkan implan yang dipantau untuk jangkitan bakteria di tapak pemotongan pembedahan dan dapat membasminya melalui pemanasan jika perlu. Tiga minggu selepas ditanam, hanya bekas litar kekal pada kulit tikus.
Para penyelidik menanamkan papan litar sementara ke dalam kulit tikus untuk menguji daya maju menggunakan teknologi tersebut sebagai alat pemantauan pasca pembedahan pada manusia. Imej melalui Institut Beckman, Universiti Illinois dan Tufts University
Di samping itu, litar sementara boleh digunakan dalam situasi pemantauan alam sekitar, seperti menggunakan sensor tanpa wayar yang digunakan selepas tumpahan minyak untuk mengesan keadaan tanah sebelum dibubarkan selepas tempoh masa yang ditetapkan. Monitor juga boleh ditempatkan di bangunan atau jalan untuk mengesan ubah bentuk struktur beransur-ansur dari semasa ke semasa. Litar sementara juga boleh membuat litar elektronik pengguna-litar dalaman telefon mungkin direka bentuk untuk dibubarkan dengan kehadiran cecair tertentu-untuk memerangi peningkatan jumlah sisa elektronik yang dihasilkan kerana kita sering menaik taraf telefon atau peranti lain.
Kerana silikon semulajadi yang berlimpah di alam sekitar dan bahan pengawalan, magnesium, bersifat biokompatibel-dan secara semula jadi berlaku di dalam badan-penyelidik percaya bahawa litar tidak akan membahayakan kesihatan kita atau alam sekitar apabila mereka membubarkan. Sudah tentu, ia masih dapat dilihat sama ada ini berlaku, dan ujian selanjutnya diperlukan sebelum penemuan ini dilaksanakan.
Litar sementara boleh digunakan dalam aplikasi pemantauan alam sekitar, menghapuskan keperluan pembersihan selepas itu. Imej melalui Institut Beckman, Universiti Illinois dan Tufts University
Setiap satu daripada pelbagai aplikasi ini memerlukan kadar kerosakan yang berlainan. "Satu implan perubatan yang direka untuk menangani jangkitan yang berpotensi dari insisi tapak pembedahan hanya diperlukan selama beberapa minggu. Tetapi untuk peranti elektronik pengguna, anda mahu ia bertahan sekurang-kurangnya selama setahun atau dua, "kata John Rogers, yang mengetuai kumpulan University of Illinois yang bekerja pada percubaan dan fabrikasi.
Untuk mengawal berapa lama litar melekat di sekeliling, para penyelidik menutupnya dengan lapisan sutera pelindung dengan ketebalan yang berlainan. Semakin tebal sutera, semakin lama diperlukan untuk membubarkan, dan hanya kemudian silikon mula hancur. Sehingga sutera itu hilang, litar boleh berfungsi semasa tenggelam sepenuhnya di dalam air atau fosfat buffered cairan salin, kimia serupa dengan cecair dalam tubuh manusia.
Kumpulan penyelidikan sedang menapis reka bentuk mereka dan menjalankan lebih banyak ujian haiwan, serta bekerja dengan pengeluar semikonduktor untuk menguji potensi pembuatan perkilangan industri. Fakta bahawa teknologi bergantung kepada litar pencetakan pada permukaan silikon-seperti kebanyakan elektronika yang ada-bermaksud bahawa perubahan kecil pada proses pembuatan dapat menghasilkan litar fungsional yang berfungsi.
"Ia satu konsep baru, jadi terdapat banyak peluang, yang mana banyak yang kita mungkin belum dikenal pasti, " kata Rogers. "Kami sangat teruja. Penemuan ini membuka kawasan permohonan yang baru. "
