Τα νέα "μεταβατικά ηλεκτρονικά" διαλύονται με την παρουσία νερού, ανοίγοντας μια νέα σειρά πιθανών εφαρμογών. Εικόνα μέσω του Ινστιτούτου Beckman, του Πανεπιστημίου του Ιλλινόις και του Πανεπιστημίου Tufts
Για τους περισσότερους από εμάς, μια ιδανική ηλεκτρονική συσκευή είναι ανθεκτική και μακράς διαρκείας. Μια διεπιστημονική ομάδα ερευνητών, όμως, έχει αναπτύξει μια νέα τάξη κυκλωμάτων που μας αναγκάζει να επανεξετάσουμε την ιδέα μας για το τι μπορεί να κάνει η ηλεκτρονική στον κόσμο.
Η εφεύρεσή τους-ένα υπερυψωμένο, διαυγές, βασισμένο σε πυρίτιο κύκλωμα που λειτουργεί για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο, που κυμαίνεται από λεπτά έως χρόνια, στη συνέχεια διαλύεται εντελώς στο νερό - θα μπορούσε να οδηγήσει σε ρουτίνα εμφύτευση μικροσκοπικών ηλεκτρονικών μέσα στο σώμα ή στο περιβάλλον χωρίς πρέπει να τα εξαγάγετε μετά τη χρήση. Η ερευνητική ομάδα, από το πανεπιστήμιο Tufts, το Northwestern University και το Πανεπιστήμιο του Ιλινόις, αποκαλύπτει την πρόοδό τους σε ένα έγγραφο που δημοσιεύθηκε σήμερα στην επιστήμη . Αναφέρονται σε αυτήν ως μια πρώτη εισαγωγή σε ένα νέο πεδίο που ονομάζεται "παροδικά ηλεκτρονικά".
"Αυτά τα ηλεκτρονικά είναι εκεί όταν τα χρειάζεσαι και μετά την εξυπηρέτηση του σκοπού τους εξαφανίζονται", δήλωσε ο Yonggang Huang, ο οποίος οδήγησε το Northwestern τμήμα της ομάδας, το οποίο επικεντρώθηκε στη θεωρία, το σχεδιασμό και τη μοντελοποίηση. "Αυτή είναι μια εντελώς νέα ιδέα."
Τα κυκλώματα μέσα στα συμβατικά ηλεκτρονικά είναι κατασκευασμένα από πυρίτιο, ένα υλικό που φυσικά διαλύεται στο νερό με την πάροδο του χρόνου, αλλά με ρυθμούς που σημαίνει ότι ένα τυπικό κύκλωμα θα χρειαζόταν εκατοντάδες χρόνια για να εξαφανιστεί. Τα φύλλα πυριτίου που αποτελούν αυτά τα νέα μεταβατικά ηλεκτρονικά, όμως, έχουν πάχος μόλις λίγων νανόμετρα, ώστε να μπορούν να διαλύονται κατά τη διάρκεια των λεπτών όταν έρχονται σε επαφή με ακόμη και ένα μικρό όγκο νερού ή σωματικό υγρό. Παρακολουθήστε πώς διαλύεται το κύκλωμα (σχεδόν σαν μια ταινία που ανανεώνει την αναπνοή) όταν πασπαλίζεται με νερό, 15 δευτερόλεπτα σε αυτό το βίντεο:
Μέχρι σήμερα, οι ερευνητές έχουν δημιουργήσει λειτουργικά τρανζίστορ, δίοδοι, ασύρματα πηνία ισχύος, αισθητήρες θερμοκρασίας και καταπόνησης, φωτοανιχνευτές, ηλιακά κύτταρα, ραδιοσυχνότητες, κεραίες και κεραίες, με κυκλώματα εκτύπωσης που χρησιμοποιούν διαλυτούς αγωγούς (όπως οξείδιο μαγνησίου ή μαγνησίου) στα λεπτά φύλλα πυριτίου. ακόμη και απλές ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές 64 pixel που διαλύονται εντελώς.
Η ερευνητική ομάδα φαντάζει μια σειρά διαφορετικών εφαρμογών για την εφεύρεσή τους. Επί του παρόντος, οι χειρουργοί είναι απρόθυμοι να εμφυτεύσουν συσκευές ιατρικής παρακολούθησης (για παράδειγμα, για να ελέγξουν για μετά από χειρουργική επέμβαση) λόγω της δυσκολίας εξόρυξης τους. Ωστόσο, ένα εμφύτευμα που κατασκευάστηκε από μεταβατικά ηλεκτρονικά στοιχεία που πραγματοποίησαν μια διαγνωστική ή παρακολουθηματική λειτουργία για μια καθορισμένη χρονική περίοδο και έπειτα διαλύθηκε με ασφάλεια στο σώμα, θα μπορούσε να γίνει ένας τρόπος ρουτίνας για έναν γιατρό να παρακολουθήσει την πρόοδο του ασθενούς μετά από χειρουργική επέμβαση. Άλλες παροδικές συσκευές θα μπορούσαν να παρακολουθήσουν τη θερμοκρασία ή τη μυϊκή δραστηριότητα ή να παραδώσουν φάρμακα εσωτερικά.
Σε αρουραίους, η ομάδα απέδειξε με επιτυχία ένα εμφύτευμα που παρακολουθείται για βακτηριακή λοίμωξη σε σημείο χειρουργικής τομής και θα μπορούσε να εξαλείψει τη θέρμανση με αν χρειάζεται. Τρεις εβδομάδες μετά την εμφύτευση, μόνο ίχνη του κυκλώματος παρέμειναν στο δέρμα του αρουραίου.
Οι ερευνητές εμφύτευαν ένα μεταβατικό κυκλωματικό κύκλωμα σε ένα δέρμα αρουραίου για να ελέγξουν τη βιωσιμότητα της χρήσης τέτοιων τεχνολογιών όπως οι συσκευές παρακολούθησης μετά από χειρουργική επέμβαση στους ανθρώπους. Εικόνα μέσω του Ινστιτούτου Beckman, του Πανεπιστημίου του Ιλλινόις και του Πανεπιστημίου Tufts
Επιπρόσθετα, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν παροδικά κυκλώματα σε καταστάσεις περιβαλλοντικής παρακολούθησης, όπως η χρήση ασύρματων αισθητήρων οι οποίοι εφαρμόζονται μετά από διαρροή πετρελαίου για την παρακολούθηση των συνθηκών εδάφους πριν από τη διάλυση μετά από μια καθορισμένη χρονική περίοδο. Οι οθόνες θα μπορούσαν επίσης να τοποθετηθούν σε κτίρια ή οδοστρώματα για την ανίχνευση σταδιακών δομικών παραμορφώσεων με την πάροδο του χρόνου. Τα μεταβατικά κυκλώματα θα μπορούσαν ακόμη και να φτάσουν σε καταναλωτικά ηλεκτρονικά - το εσωτερικό κύκλωμα ενός τηλεφώνου θα μπορούσε ίσως να σχεδιαστεί για να διαλύεται παρουσία ενός συγκεκριμένου υγρού - για να καταπολεμήσει την αυξανόμενη ποσότητα ηλεκτρονικών αποβλήτων που παράγονται καθώς αναβαθμίζουμε συχνά τηλέφωνα ή άλλες συσκευές.
Επειδή το πυρίτιο είναι φυσικά άφθονο στο περιβάλλον και το αγώγιμο υλικό, μαγνήσιο, είναι βιοσυμβατό - και φυσικά εμφανίζεται στο σώμα - οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα κυκλώματα δεν θα βλάψουν την υγεία μας ή το περιβάλλον όταν διαλύονται. Φυσικά, παραμένει να δούμε αν αυτό συμβαίνει και απαιτούνται περαιτέρω δοκιμές πριν εφαρμοστεί η εφεύρεση.
Τα μεταβατικά κυκλώματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές περιβαλλοντικού ελέγχου, εξαλείφοντας την ανάγκη καθαρισμού μετά. Εικόνα μέσω του Ινστιτούτου Beckman, του Πανεπιστημίου του Ιλλινόις και του Πανεπιστημίου Tufts
Κάθε μία από αυτές τις διάφορες εφαρμογές θα απαιτούσε διαφορετικούς ρυθμούς αποσύνθεσης. "Ένα ιατρικό εμφύτευμα που έχει σχεδιαστεί για να αντιμετωπίσει πιθανές λοιμώξεις από τομές χειρουργικών επιθέσεων χρειάζεται μόνο για μερικές εβδομάδες. Αλλά για μια καταναλωτική ηλεκτρονική συσκευή, θα θέλατε να παραμείνει για τουλάχιστον ένα ή δύο χρόνια ", δήλωσε ο John Rogers, ο οποίος ηγήθηκε του ομίλου του Πανεπιστημίου του Ιλλινόις που εργάστηκε στον πειραματισμό και την κατασκευή.
Για να ελέγξει πόσο καιρό ένα κύκλωμα κολλάει γύρω, οι ερευνητές το καλύπτουν με προστατευτικά μεταξωτά παλτά διαφορετικού πάχους. Όσο πιο παχύ είναι το μετάξι, τόσο περισσότερο χρειάζεται για να διαλυθεί και μόνο τότε το πυρίτιο αρχίζει να αποσυντίθεται. Μέχρι να φύγει το μετάξι, τα κυκλώματα μπορούν να λειτουργήσουν ενώ είναι εντελώς βυθισμένα στο νερό ή σε φυσιολογικό ορό που έχει ρυθμιστεί με φωσφορικά, χημικά παρόμοια με τα υγρά στο ανθρώπινο σώμα.
Η ερευνητική ομάδα επεξεργάζεται τα σχέδια και διεξάγει περισσότερες δοκιμές σε ζώα, καθώς και συνεργάζεται με κατασκευαστή ημιαγωγών για να ελέγξει τις δυνατότητες κατασκευής βιομηχανικής κλίμακας. Το γεγονός ότι η τεχνολογία βασίζεται στα κυκλώματα εκτύπωσης σε μια επιφάνεια πυριτίου - όπως και η συντριπτική πλειονότητα των ηλεκτρονικών που υπάρχουν - σημαίνει ότι μικρές αλλαγές στη διαδικασία κατασκευής θα μπορούσαν να αποδώσουν λειτουργικά μεταβατικά κυκλώματα.
"Είναι μια νέα έννοια, έτσι υπάρχουν πολλές ευκαιρίες, πολλές από τις οποίες πιθανότατα δεν έχουμε ακόμα εντοπιστεί ακόμα", δήλωσε ο Ρότζερς. "Είμαστε πολύ ενθουσιασμένοι. Τα ευρήματα αυτά ανοίγουν εντελώς νέους τομείς εφαρμογής. "
