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可穿戴设备的未来?能缝进体内的亚麻线柔性电子元件助推医疗应用

发布时间:2019-09-10 访问次数:438次 来源:放牛班的秘密花园 分享:

它可用来创建体内互联网,将器官和组织与传感器连接在一个无缝网络中。


多年来,柔性电子元件一直是研究领域的热门话题,在将笔记本电脑中那些庞大的主板部件改造成薄得惊人的金箔线路方面,科学家们取得了实质性进展,这种线路可以像临时纹身一样贴在皮肤上发挥作用。但稍微深入研究一下这些项目,就会发现其中有个相当大的陷阱:是的,电线本身是柔性的,但在某些地方仍有个塞满非柔性晶体管的块状处理器——计算机用来计算功率的开关,它们仍采用与以往相同的制造方式。这是个大问题,尤其是涉及到可穿戴设备在医学领域的应用前景时。内部医疗设备在你的软组织中需要能够弯曲和挤压变形。塔夫茨大学(Tufts University)刚刚发表在《ACS应用材料与界面》(ACS Applied Materials and interface)杂志上的一项新突破,可能会使我们快进到一个可穿戴电子设备的新时代,这些电子设备就像衣服一样编织在一起,甚至可能被缝进我们的皮肤和器官里,以便追踪我们的健康状况。科学家们用亚麻线发明了一种晶体管。这意味着这种线能像绝缘电线一样传输电能,像处理器一样瞬间开关,还可以在你的体表或体内连接传感器网络。塔夫茨大学纳米实验室的主要负责人Sameer Sonkusale领导了这项研究,他说:“一些柔性电子元件基本上采用了相同的硬电子元件,将其固定在一种柔性聚合物上,这被称为柔性电子。”“这个创意太棒了!它确实有效。我们从一个不同角度来看待它,以制造天生具有柔性的东西。我们颇费周折才意识到线是极有柔性的基片,所以我们干嘛不在上面做电路呢?”这种线本身浸在一大桶凝胶中,凝胶在亚麻线表面覆盖薄薄的一层碳纳米管——这种神奇材料以各种神奇特性而闻名,从增强导电性到耐久性等。Sonkusale强调这个生产过程在设计上是非常简单和可扩展的,因为该过程更复杂和困难的方面是其实验室已经成功研发的化学成分。在工厂中制造碳纳米管亚麻线只需像被染色一样快速浸渍。事实上,Sonkusale表示,你可以在同一步骤里给亚麻线染色并添加纳米管。这意味着传统纺织品制造商生产电子亚麻线制品应该没有什么问题。完成制造后,亚麻丝线仍可作为普通线处理。Sonkusale说:“你能用缝衣针或用任何方法把晶体管缝在你希望的任何东西上。你能把它缝进皮肤里。这些晶体管可以缝在任何地方。”考虑到现代微处理器包含数十亿个晶体管,Sonkusale无法想象一件衣服(即使有成千上万个晶体管)能与你的智能手机或笔记本电脑的处理能力相媲美。他说:“该创意不是要和硅电子元件竞争。我们不打算在一根亚麻线上制造另一种微处理器,但在生物医学应用领域,将硬硅芯片植入人体不太切实可行,它不具备兼容性,必须研究能与人体组织共存的技术。”Sonkusale把他的亚麻线晶体管应用场景称为“边缘处理”。可以在人们的衣服或身体里编织一个连接了几十个传感器的网络,协调有效的电源控制,并在非常接近数据源的地方预先管理数据。它还可以放大传感器的信号。从实际意义上说,这整个开关网络就像你体内的一个小型互联网,所有这些都能通过皮肤上的一根亚麻线来连接,而不需要露出成千上万根电线。目前,Sonkusale的实验室已经在研究如何将这种亚麻线制成可穿戴设备,比如可实时监测伤口愈合情况的智能绷带。他想在不久后开始在动物组织上测试这项技术,看看身体对这种材料的反应。他怀疑需要对这种化学成分进行调整,才能将炎症反应降到最低。一个重大问题是亚麻线本身在组织中的承受力如何。但乐观来看,有了尚未拿到手的资金,他设想人类测试就能在两到五年内开始。Sonkusale说:“如果能弄清楚其中的化学成分,那么它应用在皮肤和组织中的效果可能比我们今天尝试的任何其他东西都要好,这一点无需争辩。”与此同时,私营企业可以从Sonkusale实验室获得技术许可来自行开发柔性可穿戴电子产品。(放牛班的秘密花园)

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