Een revolutie in draagbare technologie:print-in-place elektronica voor gepersonaliseerde biosensor-tatoeages

Duke University Pratt School of Engineering, Durham, North Carolina

Een volledig print-in-place techniek voor elektronica zou technologieën mogelijk kunnen maken zoals hoge adhesie, ingebedde elektronische tatoeages en verbanden met patiëntspecifieke biosensoren.

Twee elektronisch actieve draden die direct langs de onderkant van de pink zijn gedrukt, laten met succes een LED oplichten wanneer er spanning op wordt gezet.

Conventionele elektronische tatoeages zijn dunne, flexibele stukjes rubber die even flexibele elektrische componenten bevatten. De dunne film kleeft aan de huid, net als een tijdelijke tatoeage, en vroege versies van de flexibele elektronica werden gemaakt om hart- en hersenactiviteitsmonitors en spierstimulators te bevatten. Er zijn een aantal arena's waarin ze niet zo geschikt zijn, bijvoorbeeld wanneer directe aanpassing van een oppervlak door het toevoegen van aangepaste elektronica nodig is.

Onderzoekers ontwikkelden een nieuwe inkt met zilveren nanodraden die met een aërosolprinter bij lage temperaturen op elk substraat kan worden geprint. Het levert een dunne film op die zijn geleidbaarheid behoudt zonder enige verdere bewerking. Na het printen is de inkt in minder dan twee minuten droog en behoudt zijn hoge elektrische prestaties, zelfs nadat hij meer dan 1000 keer een buigbelasting van 50 procent heeft doorstaan.

Bij een demonstratie werden twee elektronisch actieve afleidingen langs de onderkant van een pinkvinger afgedrukt. Tegen het uiteinde van de vinger zijn de draden verbonden met een klein LED-lampje. Vervolgens wordt er spanning aangelegd op de onderkant van de twee afgedrukte draden, waardoor de LED blijft branden, zelfs als de vinger buigt en beweegt.

De geleidende inkt kan worden gecombineerd met twee andere printbare componenten om functionele transistors te creëren. De printer legt eerst een halfgeleidende strook koolstofnanobuisjes neer. Zodra het droog is en zonder het plastic of papieren substraat uit de printer te verwijderen, worden twee zilveren nanodraadjes afgedrukt die enkele centimeters aan weerszijden uitsteken. Een niet-geleidende diëlektrische laag van een tweedimensionaal materiaal (hexagonaal boornitride) wordt vervolgens op de originele halfgeleiderstrip gedrukt, gevolgd door een laatste zilveren nanodraad-poortelektrode.

Met de huidige technologieën zou ten minste één van deze stappen vereisen dat het substraat wordt verwijderd voor aanvullende verwerking, zoals een chemisch bad om ongewenst materiaal weg te spoelen, een verhardingsproces om ervoor te zorgen dat lagen niet vermengen, of langdurig bakken om sporen van organisch materiaal te verwijderen die de elektrische velden kunnen verstoren. De print-in-place-techniek vereist geen van deze stappen en ondanks de noodzaak dat elke laag volledig moet drogen om vermenging van materialen te voorkomen, kan deze worden voltooid bij de laagste totale verwerkingstemperatuur die tot nu toe is gerapporteerd.

De printmethode vervangt geen grootschalige productieprocessen voor draagbare elektronica, maar heeft waarde voor toepassingen zoals rapid prototyping of voor verbanden die biosensoren bevatten.

Neem voor meer informatie contact op met Ken Kingery op Dit e-mailadres wordt beschermd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien.; 919-660-8414.