Ang pagtuklas ng bagong uri ng malleable, nakakapagpagaling sa sarili at ganap na nare-recycle na "electronic na balat" ay may malawak na aplikasyon sa pagsubaybay sa kalusugan, robotics, prosthetics at pinahusay na biomedical device.
Isang pag-aaral na inilathala sa Paglago Science ay nagpapakita ng isang bagong electronic na balat (o simpleng e-skin) na may maraming katangian kabilang ang pagiging malambot, nakapagpapagaling sa sarili at ganap na recyclability kung ihahambing sa tao. balat1.Ang balat, ang ating pinakamalaking organ, ay ang matabang saplot kapag nakikita mula sa labas. Ang ating balat ay isang napakaraming gamit na organ na gumaganap bilang isang hindi tinatablan ng tubig, insulating shield at pinoprotektahan ang ating katawan mula sa iba't ibang panlabas na panganib o mga kadahilanan hal. nakakapinsalang araw. Ang ilan sa mga tungkulin ng balat ay ang regulasyon ng temperatura ng katawan, proteksyon ng katawan mula sa paggamit ng mga nakakalason na sangkap at pati na rin ang pag-aalis ng mga nakakalason na sangkap (kasama ang pawis), mekanikal at immunological na suporta at paggawa ng mga mahahalagang sangkap. bitamina D na napakahalaga para sa ating mga buto. Ang balat ay isa ring malaking sensor na may sapat na nerbiyos upang agad na makipag-usap sa utak.
Ang mga mananaliksik sa buong mundo ay nagtatrabaho sa pagbuo ng iba't ibang uri at laki ng 'naisusuot mga e-skin' na may layuning subukang gayahin byolohiko balat at ang iba't ibang function nito. May matinding pangangailangan para sa nababaluktot at nababanat na mga device para sa tuluy-tuloy na pagsasama sa malambot at curvilinear na balat ng tao. Nanoscale (10-9m) ang mga materyales ay maaaring magbigay ng kinakailangang mekanikal at elektrikal na versatility na pinapalitan ang matibay na silikon na kadalasang ginagamit noon. Ang pangkat na pinamumunuan ni Dr. Jianliang Xiao sa Unibersidad ng Colorado, Boulder, USA ay matagumpay na nakabuo ng isang artipisyal na elektronikong balat (e-skin) na may layuning isalin ang sensory touch ng balat ng tao sa mga robot at prosthetics. Ang pagtatangka na ito ay patungo sa pagkakaroon ng teknolohiyang "naisusuot" sa hinaharap na magkakaroon ng malaking potensyal at halaga sa mga larangang medikal, siyentipiko at engineering.
E-skin: self-healing at recyclable
Ang e-skin ay isang manipis, translucent na materyal na mayroong a kathambuhay uri ng covalently bonded dynamic polymer network, na tinatawag na polyimine, na nilagyan ng silver nanoparticle para sa pinabuting mekanikal na lakas, kemikal na katatagan at electrical conductivity. Ang e-skin na ito ay mayroon ding mga sensor na naka-embed dito upang sukatin ang presyon, temperatura, halumigmig at daloy ng hangin. Ang e-skin na ito ay itinuturing na kapansin-pansin dahil ito ay isinama sa maraming mga tampok na ginagawa itong isang mas malapit na gayahin ng balat ng tao. Ito ay lubos na malambot at madaling mailagay sa mga hubog na ibabaw (hal., mga braso at binti ng tao, mga robotic na kamay) sa pamamagitan ng paglalapat ng katamtamang init at presyon dito nang hindi naglalagay ng labis na mga diin. Mayroon itong kamangha-manghang mga katangian ng pagpapagaling sa sarili kung saan sa anumang hiwa o pinsala na dulot ng isang panlabas na pangyayari, muling nililikha ng e-skin ang mga chemical bond sa pagitan ng dalawang magkahiwalay na panig na nagpapanumbalik ng matrix para sa wastong paggana nito at bumabalik sa orihinal nitong pagkakabuklod.
Kung ang e-skin na ito ay hindi na magagamit dahil sa anumang pangyayari, maaari itong ganap na ma-recycle at maging isang bagong-bagong e-skin sa pamamagitan ng paglalagay nito sa isang recycling solution na "nagpapa-liquifies" sa umiiral na e-skin na materyal at ginagawa itong isang " bago” e-skin. Ang solusyon sa pag-recycle na ito - isang pinaghalong tatlong kemikal na compound na magagamit sa komersyo sa ethanol - ay nagpapababa ng mga polymer at mga silver nanoparticle na lumubog sa ilalim ng solusyon. Ang mga degraded polymer na ito ay maaaring gamitin muli upang makagawa ng bagong functional na e-skin. Ang self-healing at recyclability na ito na maaabot sa temperatura ng kwarto ay iniuugnay sa chemical bonding ng polymer na ginamit. Ang bentahe ng polymeric network ng polyimine ay ang nababaligtad nito at maaaring masira at ma-recycle hindi tulad ng karamihan sa mga karaniwang termostat na materyales na hindi maaaring muling hugis o muling iproseso o i-recycle dahil sa hindi maibabalik na mga bono sa loob ng kanilang mga cross-linked polymeric network. Ito ay mas matibay kaysa sa balat ng tao mismo at maaari itong gamitin bilang isang pagpapahusay dito sa halip na kapalit. Masarap din itong hawakan at pakiramdam na parang tunay na balat na posibleng gawin itong covering agent sa hinaharap, ng mga electronic device.
Ang eco-friendly at mababa sa gastos na mga katangian ng e-skin ay pinapurihan at ang naturang e-skin ay maaaring lubos na mabawasan ang mga elektronikong basura at epekto sa kapaligiran at maaaring maging lubhang magagamit at popular sa mga tagagawa sa iba't ibang larangan. Bagama't ito ay maaaring mukhang malabo sa ngayon, ang teknolohiyang ito sa muling paggamit ay maaari ding ilapat sa mga lumang item sa electronics. Sa katunayan, ang mga modernong fitness tracker at mga monitor ng kalusugan na minsang nasira ay nagdaragdag sa lumalaking bundok ng mga problemang nauugnay sa kapaligiran sa pagsasama-sama ng e-waste. Ang e-skin ay maaaring isuot sa ating leeg o sa ating mga pulso at ang mga ito ay maaaring maging tulad ng mga flexible wearable o pansamantalang tattoo at sa tuwing masira ang mga ito ay maaari silang i-recycle at gamitin muli. Dahil ang e-skin ay flexible, maaari itong baluktot at baluktot at maaaring gawing customized ayon sa nagsusuot. Ang teknolohiya ay nagbubukas ng mga paraan para sa matalino robotics kung saan ang kaaya-ayang pakiramdam at kumportableng elektronikong balat ay maaaring balot sa katawan ng isang robot o isang artipisyal na paa. Upang ipaliwanag, ang isang prosthetic na braso o binti na nakabalot sa elektronikong balat na ito ay maaaring magbigay-daan sa tagapagsuot na tumugon sa mga pagbabago sa temperatura at presyon dahil sa maraming sensor na kasama dito. Ang mga braso o binti ng robotics na nilagyan ng naturang e-skin ay maaaring gawing mas maselan ang pagkilos ng mga robot sa mga tao at maging mas ligtas at maaasahan. Halimbawa, ang e-skin ay maaaring partikular na ilapat sa isang robot na humahawak ng isang sanggol o isang marupok na matatanda at sa gayon ang robot ay hindi lalapatan ng labis na puwersa. Ang isa pang aplikasyon ng e-skin ay maaaring potensyal sa mga mapanganib na kapaligiran o mga trabahong may mataas na peligro. Posible na ang teknolohiyang ito ay maaaring gamitin sa virtual na mga butones, mga kontrol o mga pinto na magbibigay-daan sa anumang operasyon nang walang pisikal na pakikipag-ugnayan ng tao, halimbawa sa industriya ng mga pampasabog o iba pang mapanganib na mga linya ng trabaho, at sa gayon ang e-skin na ito ay maaaring mabawasan ang mga pagkakataon ng anumang pinsala sa tao.
Pagdaragdag ng display sa e-skin
Ang isang pangkat ng mga mananaliksik sa University of Tokyo ay nagdagdag kamakailan ng isang display2(micro-LED) hanggang ultrathin, band aid-style na mga e-skin patch para paganahin ang pagpapakita ng iba't ibang senyales ng pagsubaybay sa kalusugan sa real time (hal. pagsukat ng glucose level sa mga taong may diabetes o ang gumagalaw na waveform ng isang electrocardiogram ng puso pasyente). Ang mga patch na ito ay may nababanat na mga kable at sa gayon ay maaaring yumuko o mag-inat hanggang sa 45 porsyento batay sa paggalaw ng nagsusuot. Ang mga ito ay itinuturing na may pinaka-kakayahang umangkop at matibay na disenyo sa mga kamakailang panahon. Ang tuluy-tuloy na pagdanak ng mga selula ng balat ng tao ay maaaring mangahulugan na ang patch ay maaaring mahulog pagkalipas ng ilang araw ngunit ito ay maaaring maayos.
Ang pag-aaral na ito, sa pangunguna ni Propesor Takao Someya ay nagsasaad na ang naturang display ay maaaring magamit sa kalaunan upang paganahin ang pagbabasa at pakikipag-usap ng medikal na impormasyon sa isang tuluy-tuloy at madaling paraan hindi lamang para sa mga pasyente kundi pati na rin para sa mga miyembro ng pamilya, tagapag-alaga at mga propesyonal sa kalusugan nang personal o kahit na. malayuan. Makakatanggap din ito ng mga mensahe. Layunin ng mga mananaliksik na higit pang pagbutihin ang pagiging maaasahan ng patch, gawin itong mas epektibo sa gastos at dagdagan din ang produksyon nito para sa mas malawak na pag-abot sa buong mundo. Ang kanilang layunin ay ilunsad ang device na ito sa merkado sa pagtatapos ng 2020.
hamon maaga
Ang pagbuo ng e-skin ay isang napaka-kapana-panabik na pananaliksik sa nobela, gayunpaman, ang isa sa mga pangunahing katangian ng ating – flexibility at stretch ability – ay hindi pa matagumpay na nakakamit ng e-skin. Ang e-skin ay malambot ngunit hindi kasing-stretch ng balat ng tao. Ayon sa mga may-akda, tulad ng ito ay nakatayo ang materyal ay hindi rin masyadong madaling kopyahin. Ang isang bahagyang pagbawas sa pangkalahatang pagganap ng sensing sa isang rehealed/recycle na e-skin device ay nakita kumpara sa isang bagong module, kailangan itong ganap na matugunan sa karagdagang pananaliksik. Ang mga magnetic field na ginagamit ng mga e-skin ay medyo mataas din at kailangang bawasan. Sa kasalukuyan ang device ay pinapagana mula sa isang panlabas na pinagmumulan na kung saan ay lubhang hindi praktikal, ngunit ito ay dapat na posible na magkaroon ng rechargeable, maliliit na baterya sa halip na paandarin ang device. Nais ni Dr.Xiao at ng kanyang koponan na pinuhin ang produktong ito at pagbutihin ang solusyon sa pag-scale nang sa gayon ay malampasan man lang ang mga hadlang sa ekonomiya at ang e-skin na ito ay dapat na mas madaling gawin at ilagay sa mga robot o prosthetics o mga medikal na aparato o anumang bagay.
***
{Maaari mong basahin ang orihinal na papel ng pananaliksik sa pamamagitan ng pag-click sa link ng DOI na ibinigay sa ibaba sa listahan ng (mga) binanggit na pinagmulan}
Pinagmulan (s)
1. Zou Z et al. 2018. Rehealable, fully recyclable, at malleable electronic skin na pinagana ng dynamic covalent thermoset nanocomposite. Paglago Science. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508
2. Someya T. 2018. Patuloy na Pagsubaybay sa Kalusugan Gamit ang Mga Ultraflexible na On-Skin Sensor. AAAS Annual Meeting Symposium, Austin, Texas, Pebrero 17, 2018.
