Нова „преходна електроника“ се разтваря в присъствието на вода, отваряйки нова гама от възможни приложения. Образ чрез Института Бекман, Университета на Илинойс и университета Туфтс
За повечето от нас идеалното електронно устройство е дълготрайно и дълготрайно. Междудисциплинарен екип от изследователи обаче разработи нов клас схеми, които ни принуждават да преосмислим концепцията си за това какво може да прави електрониката в света.
Техното изобретение - ултратънка, ясна, базирана на силиций схема, която функционира за определен период от време, вариращ от минути до години, след което се разтваря напълно във вода - може да доведе до рутинно имплантиране на миниатюрна електроника вътре в тялото или в околната среда без никаква трябва да ги извлечете след употреба. Изследователският екип от Университета Туфтс, Северозападния университет и Университета на Илинойс разкрива напредъка си в документ, публикуван днес в Science . Те го наричат като първоначално влизане в ново поле, наречено „преходна електроника“.
"Тези електроника са там, когато имате нужда от тях и след като изпълнят предназначението си, те изчезват", казва Йонган Хуанг, който ръководи северозападната част на екипа, която се фокусира върху теорията, дизайна и моделирането. „Това е напълно нова концепция.“
Схемите вътре в конвенционалната електроника са изработени от силиций, материал, който естествено се разтваря във вода с течение на времето, но със скорост, която означава, че типичната верига би отнела стотици години, за да изчезне. Листовете от силиций, които съставят тази нова преходна електроника, обаче са с дебелина само няколко нанометра, така че те могат да се разтворят в течение на минути, когато влязат в контакт дори с малък обем вода или телесна течност. Гледайте как се разтваря веригата (почти като лента за освежаване на дъха), когато се напръска с вода, 15 секунди в това видео:
Досега чрез отпечатване на схеми, използващи разтворими проводници (като магнезий или магнезиев оксид) върху най-тънките силициеви листове, изследователите са създали функционални транзистори, диоди, безжични намотки, датчици за температура и деформация, фотодетектори, слънчеви клетки, радио осцилатори, антени и дори прости цифрови камери с 64 пиксела, които се разтварят напълно.
Изследователският екип си представя редица различни приложения за тяхното изобретение. В момента хирурзите не са склонни да имплантират медицински мониторингови устройства (да речем, за да проверят за инфекция след операция) поради трудността при извличането им. Но имплант, направен от преходна електроника, която изпълнява диагностична или мониторингова функция за определен период от време, след което се разтваря безопасно в тялото, може да се превърне в рутинен начин за лекар да проследява напредъка на пациента след операцията. Други преходни устройства могат да наблюдават температурата или мускулната активност или да доставят лекарство вътрешно.
При плъхове екипът успешно демонстрира имплант, който следи за бактериална инфекция на мястото на хирургичен разрез и може да го изкорени чрез нагряване, ако е необходимо. Три седмици след имплантирането са останали само следи от веригата в кожата на плъха.
Изследователите имплантираха преходна платка в кожата на плъхове, за да тестват жизнеспособността на използването на такива технологии като устройства за наблюдение след операция при хора. Образ чрез Института Бекман, Университета на Илинойс и университета Туфтс
В допълнение, преходните вериги могат да бъдат използвани в ситуации за мониторинг на околната среда, като например използване на безжични сензори, които се прилагат след разлив на масло, за да се проследят земните условия, преди да се разтворят след определен период от време. Мониторите също могат да бъдат поставени на сгради или пътни пътища, за да се открие постепенна структурна деформация във времето. Преходните схеми могат дори да проникнат в потребителската електроника - вътрешната схема на телефона може би е проектирана да се разтваря в присъствието на определена течност - за борба с увеличаващото се количество електронни отпадъци, които се получават, докато често обновяваме телефони или други устройства.
Тъй като силицийът в природата е в изобилие в околната среда и проводящият материал, магнезият, е биосъвместим - и естествено се среща в тялото - изследователите смятат, че веригите няма да навредят на здравето ни или на околната среда, когато се разтварят. Разбира се, остава да се разбере дали това е така и е необходимо по-нататъшно тестване, преди да се приложи изобретението.
Преходните вериги могат да се използват в приложения за мониторинг на околната среда, като се елиминира необходимостта от почистване след това. Образ чрез Института Бекман, Университета на Илинойс и университета Туфтс
Всяко от тези различни приложения ще изисква различни скорости на разпад. „Медицински имплант, предназначен да се справи с потенциални инфекции от разрези на хирургични места, е необходим само за няколко седмици. Но за потребителското електронно устройство бихте искали то да се придържа поне за година-две “, казва Джон Роджърс, който ръководи групата на Университета в Илинойс, която работи върху експерименти и измислици.
За да контролират колко дълго се задържа една верига, изследователите я покриват със защитни копринени палта с различна дебелина. Колкото по-дебела е коприната, толкова повече време отнема да се разтвори и едва тогава силицийът започва да се разпада. Докато коприната няма, веригите могат да функционират, докато са напълно потопени във вода или с фосфатна буферирана физиологична течност, химически подобна на течности в човешкото тяло.
В момента изследователската група усъвършенства проектите си и провежда още тестове върху животни, както и работи с производител на полупроводници, за да тества потенциала за производство в индустриален мащаб. Фактът, че технологията разчита на печатни схеми върху силициева повърхност - подобно на по-голямата част от съществуващата електроника - означава, че незначителни изменения в производствения процес могат да доведат до функционални преходни схеми.
„Това е нова концепция, така че има много възможности, много от които вероятно дори още не сме идентифицирали“, каза Роджърс. „Много сме развълнувани. Тези открития отварят изцяло нови области на приложение. "
