Método Escalável Suporta a Criação de Transistores e Circuitos Autoconsertáveis e Flexíveis
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O recente progresso tecnológico levou à criação de uma diversa gama de dispositivos vestíveis e implantáveis cada vez mais avançados, capazes de monitorar sinais fisiológicos ou fornecer intervenções terapêuticas precisas em áreas específicas do corpo. Como esses dispositivos — especialmente os implantáveis — destinam-se a funcionar em ambientes biológicos dinâmicos por longos períodos, eles devem ser biocompatíveis e capazes de se auto-reparar quando danificados.
Método escalável e inovador desenvolvido para a integração de eletrônicos autoconsertáveis e flexíveis
Pesquisadores da Universidade Sungkyunkwan, do Instituto de Ciência Básica (IBS) e de outras instituições sul-coreanas desenvolveram recentemente um novo método para a produção de componentes eletrônicos elásticos e autorregenerativos, adequados para integração em dispositivos avançados. Descrito em uma publicação da Nature Electronics, seu método suporta a montagem escalável e reconfigurável desses componentes em sistemas integrados de alto desempenho.
“Desde meados da década de 2000, eletrônicos flexíveis e esticáveis transformaram áreas como pele eletrônica artificial e bioeletrônicos implantáveis macios,” disse Donghee Son, autor sênior do estudo, em uma entrevista ao Tech Xplore.
“No entanto, manter um desempenho confiável ao longo do tempo continua sendo difícil, pois os dispositivos enfrentam desgaste mecânico e danos devido ao movimento repetido e forças externas. Além disso, tem sido tradicionalmente impossível reconfigurar eletrônicos flexíveis pré-fabricados para se adaptar a necessidades específicas do usuário.”
Outro grande obstáculo no desenvolvimento de eletrônicos implantáveis é preservar seu desempenho elétrico ao longo do tempo, especialmente em ambientes biológicos úmidos e dinâmicos. Para resolver isso, Son e sua equipe projetaram materiais auto-reparáveis e elásticos com propriedades eletrônicas favoráveis e desenvolveram um método para incorporá-los em circuitos funcionais.
“A pele humana se cura naturalmente após uma lesão, restaurando tanto sua estrutura quanto sua capacidade de sentir e transmitir informações”, explicou Son. “Inspirados por isso, nossa pesquisa incorpora capacidades de auto-cura e elasticidade nas três camadas essenciais de um transistor — o isolante dielétrico, o semicondutor e os eletrodos (porta, fonte e dreno). Isso permite que os usuários reconfigurem portas lógicas, matrizes ativas e matrizes de exibição para atender a necessidades específicas.”
Método de Fabricação Escalável Promete Avanços em Dispositivos Médicos Implantáveis Avançados
O método de fabricação escalável apresentado pela equipe pode abrir caminho para dispositivos implantáveis avançados capazes de registrar sinais eletrofisiológicos do cérebro, nervo vago, medula espinhal, nervos periféricos e até mesmo do tecido cardíaco. Esses dispositivos prometem melhorar o diagnóstico e o tratamento em uma variedade de condições médicas.
“Para construir sistemas totalmente autoconsertáveis e elásticos, os materiais-chave incluem polímeros autorreparáveis, nanomateriais condutores e semicondutores orgânicos,” disse Son.
Camada de Semicondutor de Auto-Cura Aumenta a Durabilidade
A camada semicondutora do transistor é feita pela mistura de um polímero autorreparável com um semicondutor orgânico e pela aplicação por spin coating. Este processo causa uma separação de fase vertical espontânea, que ajuda a prevenir a perda de desempenho sob estresse externo. Mesmo quando danificadas, as cadeias do polímero se reconectam, preservando as funções elétricas e mecânicas.
O filho e sua equipe propuseram o uso de impressão transferível para fabricar cada camada do dispositivo—isolantes, eletrodos e semicondutores—em grandes áreas. Esse método escalável permite sistemas elásticos de grandes dimensões integrados com sensores de toque, matrizes e displays.
Esse método de impressão permite que transistores elásticos e autocuráveis sejam reassemblados como blocos LEGO para sistemas personalizados. Testes iniciais mostraram que os transistores, em substratos autocuráveis e biocompatíveis, mantiveram desempenho estável muito tempo após a implantação em animais.
“Nenhum sistema bioeletrônico combinou até agora autorreparo, elasticidade e implantabilidade in vivo—este estudo é o primeiro,” disse Son.
Neuropróteses de Próxima Geração
Neuropróteses de próxima geração para aprimoramento humano devem capturar sinais neurais por meio de implantes de alta densidade, processá-los e fornecer estimulação através de feedback em loop fechado. Um requisito chave para esses sistemas é um desempenho estável a longo prazo sem degradação.
Um benefício adicional dos dispositivos feitos com o método da equipe é seu design modular e reconfigurável. Isso permite a personalização de acordo com as preferências do usuário e a fácil substituição plug-and-play caso o desempenho caia.
O método escalável do filho e de sua equipe para circuitos elásticos e autorreparáveis pode avançar dispositivos biomédicos implantáveis e vestíveis. Em última análise, sistemas construídos usando sua abordagem poderiam passar por testes pré-clínicos e clínicos para verificar a segurança e avaliar a eficácia prática.
“Esses avanços devem se tornar uma base para o campo em crescimento das tecnologias de aumento humano,” acrescentou Son. Em nossa pesquisa futura, vamos nos concentrar em melhorar o desempenho elétrico de sistemas modulares integrados autocorrigíveis e elásticos.
Especificamente, pretendemos otimizar fatores críticos como a mobilidade dos semicondutores e a condutividade dos eletrodos para alcançar uma operação de circuito em alta velocidade. Também planejamos criar circuitos capazes de capturar sinais eletrofisiológicos de alta qualidade em organismos vivos. Com base nessas melhorias, nosso objetivo de longo prazo é desenvolver sistemas personalizados para diagnosticar e tratar doenças do cérebro e do coração.
Leia o artigo original em: Tech Xplore
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