Print-in-place elektronica: Revolutionaire stap voor gepersonaliseerde biosensor-tatoeages

Onderzoekers van de Duke University Pratt School of Engineering in Durham, North Carolina, hebben een volledig print-in-place techniek ontwikkeld voor elektronica. Deze innovatie opent de weg naar technologieën zoals hoge-hechtings elektronische tatoeages en verbanden met patiënt-specifieke biosensoren.

Direct printen op de huid

Twee elektronisch actieve aansluitingen werden direct langs de onderkant van de pink gevormd. Toen er een spanning werd aangelegd, brandde een LED op, zelfs wanneer de vinger bog en beweegde. Dit demonstreert de mogelijkheid om functionele elektronica direct op de huid of andere gekromde oppervlakken te printen.

Beperkingen van conventionele elektronische tatoeages

Traditionele elektronische tatoeages zijn dunne, flexibele rubberen patches met even flexibele elektrische componenten. Ze hechten aan de huid als een tijdelijke tatoeage. Vroegere versies bevatten hartslag- en hersenactiviteitsmonitors en spierstimulatoren. Echter, ze zijn minder geschikt wanneer directe aanpassing van een oppervlak met maatwerk elektronica nodig is.

Nieuwe conductieve inkt met zilver nanodraden

De onderzoekers ontwikkelden een nieuwe inkt die zilver nanodraden bevat. Deze kan met een aerosolverfprinter op elk substraat bij lage temperaturen worden geprint. De inkt vormt een dunne film die zijn geleidendheid behoudt zonder verdere verwerking. Na het printen is de inkt in minder dan twee minuten droog en behoudt hij zijn hoge elektrische prestaties zelfs na 1.000 keer buigen met 50% rek.

Printen van functionele transistors

De conductieve inkt kan gecombineerd worden met twee andere printbare componenten om functionele transistors te maken. De printer legt eerst een halfgeleidende strook koolstofnanobuizen neer. Nadat deze droog is, worden zonder het substraat uit de printer te halen, twee zilver-nanodraad aansluitingen geprint die enkele centimeters aan beide kanten uitsteken. Vervolgens wordt een niet-geleidende diëlektrische laag van een tweedimensionaal materiaal (hexagonale boornitride) op de halfgeleiderstrip geprint, gevolgd door een finale zilver-nanodraad gate-elektrode.

Voordelen van de print-in-place techniek

Bij huidige technologieën zou minimaal één van deze stappen vereisen dat het substraat wordt verwijderd voor extra verwerking, zoals een chemisch bad om ongewenst materiaal af te spoelen, een verhardingsproces om te voorkomen dat lagen mengen, of een verlengde bak om organische resten te verwijderen die elektrische velden kunnen storen. De print-in-place techniek vereist geen van deze stappen en kan, ondanks de noodzaak dat elke laag volledig droogt om menging te voorkomen, worden voltooid bij de laagste tot nu toe gerapporteerde verwerkingstemperatuur.

Toepassingen

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

Voor meer informatie, neem contact op met Ken Kingery via ken.kingery@duke.edu; 919-660-8414.