Flexible elektronische Geräte auf Basis elektrogesponnener Nanofasermembranen (ENM) erfreuen sich aufgrund ihrer hohen Biokompatibilität und hervorragenden mechanischen Leistung großer Aufmerksamkeit. Allerdings erfordert die Strukturierung leitfähiger Materialien auf Fasersubstraten üblicherweise teure Vakuumgeräte oder zusätzliche Prozesse zur Erstellung separater Masken.
Um dieses Problem zu lösen, entwickelte ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Seung Hwan Ko von der Fakultät für Maschinenbau der Seoul National University und Professor C-Yoon Kim von der Konkuk University ein System, das durch die Platzierung einer Kohlepapierunterlage unter der Nanofasermembran einen effizienten Flüssigkeitsfluss durch Kapillarwirkung herbeiführt. Dadurch wird der Filtrationsprozess ohne Vakuumausrüstung ermöglicht.
Die Forschung war veröffentlicht In Fortschrittliche Funktionsmaterialien am 29. Mai.
Dieser Ansatz verbessert die mechanische Stabilität, indem Nanodrähte und Substrate während der Nachbearbeitungsphase durch die photothermischen Effekte von Lasern fest miteinander verbunden werden. Darüber hinaus zeigte das System, dass die Schaltkreise auch bei starker Ultraschallbehandlung stabil blieben und dass die Muster auf dem Substrat beim manuellen Ziehen intakt blieben.
Das Team validierte die Stärken des von ihm entwickelten Prozesssystems und die Ergebnisse anhand verschiedener Anwendungen, darunter eine EKG-Elektrode zur In-vivo-Aufzeichnung epikardialer Signale, ein epidermaler elektrochemischer Biosensor und eine maßgeschneiderte Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) auf Basis der epidermalen Elektromyographie (EMG).
Das Potenzial der auf elektrogesponnenen Nanofasermembranen (ENM) basierenden Soft-Elektronik in der epidermalen Bioelektronik hat aufgrund ihrer körpergerechten Verträglichkeit und der damit verbundenen Leistungsverbesserungen große Aufmerksamkeit erregt.
Das Strukturieren von leitfähigen Materialien auf Fasersubstraten erfordert jedoch typischerweise teure Vakuumgeräte oder zusätzliche Prozesse zum Erstellen separater Masken.
Das Forschungsteam entwickelte ein System, das den Filtrationsprozess ohne teure Vakuumausrüstung ermöglicht, indem es eine Kohlepapierunterlage unter die Nanofasermembran legt und so durch Kapillarwirkung einen effizienten Flüssigkeitsfluss erzeugt.
Mit diesem System können die Nanodrähte und Substrate während der Nachbearbeitungsphase durch die photothermischen Effekte von Lasern fest miteinander verbunden werden, was die mechanische Stabilität verbessert. Das System zeigte auch, dass die Schaltkreise bei starker Ultraschallbehandlung stabil blieben und dass die Muster auf dem Substrat beim manuellen Ziehen intakt blieben.
Das Forschungsteam validierte die Stärken des von ihm entwickelten Prozesssystems und der Ergebnisse durch verschiedene Anwendungen, darunter eine EKG-Elektrode zur In-vivo-Aufzeichnung epikardialer Signale, einen epidermalen elektrochemischen Biosensor und eine maßgeschneiderte Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) auf Basis der epidermalen Elektromyographie (EMG).
Darüber hinaus hat diese Forschung Möglichkeiten für die effiziente Herstellung elektronischer Geräte mit hoher Dehnbarkeit, Atmungsaktivität und Leitfähigkeit eröffnet und potenzielle Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Bereichen des Gesundheitswesens und der Medizin aufgezeigt.
Mehr Informationen:
Hyeokjun Yoon et al, Adaptive epidermale Bioelektronik durch hoch atmungsaktive und dehnbare Metall-Nanodraht-Bioelektroden auf elektrogesponnener Nanofasermembran, Fortschrittliche Funktionsmaterialien (2024). DOI: 10.1002/adfm.202313504
Zur Verfügung gestellt vom Seoul National University College of Engineering