Учёные печатают рабочие электроды прямо на коже светом
Простой всплеск видимого света теперь может создавать безопасные для кожи электроды, которые могут преобразовывать медицинскую и носимую электронику.
Новое исследование учёных из Линчёпингского и Лундского университетов в Швеции показывает, что видимый свет можно использовать для образования электродов из проводящих пластмасс без использования опасных химикатов. Метод позволяет производить электроды на различных поверхностях, открывая двери для новых типов электроники и медицинских датчиков.
«Думаю, это своего рода прорыв. Это ещё один способ создания электроники, который проще и не требует дорогого оборудования», — говорит Ксенофон Стракосас, доцент Лаборатории органической электроники LOE при Университете Линчёпинга.
Тобиас Абрахамссон, исследователь Линчёпингского университета.
Проводящие пластмассы с уникальными свойствами
Учёные LOE изучают проводящие пластики, также называемые конъюгированными полимерами, для разработки технологий для таких областей, как здравоохранение и возобновляемая энергетика. Эти материалы сочетают электрическое поведение металлов и полупроводников с гибкостью и мягкостью пластика, что делает их особенно полезными для приложений, требующих как проводимости, так и адаптивности.
Полимеры строятся из длинных цепочек углеводородов, каждая повторяющаяся единица называется мономером. Когда мономеры соединяются, они образуют полимеры в процессе, называемом полимеризацией. Традиционно полимеризация зависит от сильных и иногда токсичных химикатов. Это ограничивает лёгкость масштабирования процесса и ограничивает его использование в чувствительных сферах, таких как медицина.
Ксенофон Стракосас, доцент Лаборатории органической электроники LOE при Университете Линчёпинга
Полимеризация, основанная на видимом свете
Исследователи из кампуса Норрчёпинг, сотрудничая с коллегами из Лунда и Нью-Джерси, теперь разработали способ полимеризации с использованием только видимого света. Ключевой фактор заключается в специально разработанных водорастворимых мономерах, созданных исследовательской группой. Благодаря такой конструкции процесс не требует использования токсичных химикатов, вредного ультрафиолетового излучения или дополнительных этапов обработки для получения функциональных электродов.
«Электроды можно создавать на разных поверхностях, таких как стекло, текстиль и даже кожа. Это открывает гораздо более широкий спектр применений», — говорит Ксенофон Стракосас.
На практике на поверхность можно нанести жидкий раствор, содержащий мономеры. Затем лазер или другой источник света используется для нарисования детальных электродных узоров непосредственно на этой поверхности. Любой раствор, не полимеризующийся, можно смыть, оставив только готовые электроды.
Полимеризация видимого света в воде: чем дольше мономер подвергается воздействию света, тем более синим и темнее становится раствор при превращении в проводящий полимерный материал. Полимеризация происходит непосредственно в воде, полностью без токсичных добавок, что делает процесс биосовместимым.
Медицинские приложения и улучшенная запись сигналов мозга
«Электрические свойства материала находятся на первом плане. Поскольку материал может транспортировать как электроны, так и ионы, он может естественным образом взаимодействовать с организмом, а его мягкая химия обеспечивает переносимость ткани — комбинация, крайне важная для медицинских применений», — говорит Тобиас Абрахамссон, исследователь из LOE и ведущий автор исследования, опубликованного в научном журнале Angewandte Chemie.
Для тестирования подхода исследователи использовали свет, чтобы нанести электроды непосредственно на кожу анестезиированных мышей. По сравнению с обычными металлическими ЭЭГ-электродами, новые электроды показали более чёткие записи низкочастотной активности мозга.
Будущее применение — от носимых сенсоров до массового производства
«Поскольку метод работает на разных поверхностях, можно представить себе сенсоры, встроенные в одежду. Кроме того, этот метод можно использовать для крупномасштабного производства органических электронных схем без опасных растворителей», — говорит Тобиас Абрахамссон.
Исследователи считают, что эта световая техника может проложить путь к более безопасной и гибкой электронике, которая будет проще в производстве и лучше подходит для тесного контакта с человеческим телом.
