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可随时间推移自行溶解的瞬态电子系统,完美解决电子垃圾问题

2022-08-10 10:29:46 阅读:
通常,电子工程师的主要目标是开发耐用且可以长时间运行而不会损坏的组件和设备。此类设备需要耐久的材料,这最终会导致电子垃圾在地球上的积累。西北大学和伊利诺伊大学的研究人员一直在研究一种完全不同类型的机电系统 (MEMS):基于所谓的“瞬态材料”的机电系统。瞬态材料是可以在程序和特定时间以其他方式溶解、再吸收、分解或物理消失的材料。

通常,电子工程师的主要目标是开发耐用且可以长时间运行而不会损坏的组件和设备。此类设备需要耐久的材料,这最终会导致电子垃圾在地球上的积累。M3Iednc

西北大学和伊利诺伊大学的研究人员一直在研究一种完全不同类型的机电系统 (MEMS):基于所谓的“瞬态材料”的机电系统。瞬态材料是可以在程序和特定时间以其他方式溶解、再吸收、分解或物理消失的材料。M3Iednc

他们最近发表在Nature Electronics上的论文介绍了基于完全水溶性材料的新型 MEMS,这种材料可以在设定的时间后溶解在周围环境中。将来,这些材料可能有助于减少电子垃圾的数量,从而能够开发出一些在不再需要时会自发消失的电子设备。M3Iednc

这类瞬态设备的一个子集是那些能够通过水解过程在生物流体或地下水中再吸收,形成良性最终产品的设备。M3Iednc

在过去的几年里,罗杰斯和他的研究小组设计了几种可以溶解在周围环境中的材料。在他们过去的工作中,他们还展示了这些材料在制造具有数字电子功能的临时医疗植入物方面的巨大潜力。M3Iednc

M3Iednc

生产和测试生态可吸收和生物可吸收 MEMS。a,带有四个系绳的悬挂式 eb-MEMS,在生产过程中将设备的角连接到源晶圆。b,eb-MEMS器件与柔性生物可吸收聚合物基板和集成电路的集成。插图:将此类设备集成到心肌(即心脏的肌肉层)曲面上的图示。c,作为 eb-MEMS 代表的加速度计在不同阶段的解体。M3Iednc

例如,他们建议使用这些材料制造可吸收的传感器,该传感器可以在创伤性脑损伤或脑手术后植入患者的大脑中,以检测颅内压。同样,他们强调了生物可吸收材料用于制造从内部刺激身体的设备的潜在用途,例如心脏起搏器(通过控制心律帮助患者在心脏手术后恢复的植入设备)。M3Iednc

Rogers 解释说:“这些系统中的许多系统都可以受益于具有先进功能的生态/生物可吸收 MEMS 技术,这是我们过去在该领域的工作所缺乏的能力。” “我们新的 MEMS 设备的独特之处在于它们能够溶解在水环境中——无论是在体内还是在环境中。”M3Iednc

这组研究人员创造的 MEMS 由不同的材料组成,这些材料逐渐消失,与水缓慢反应,最终产生无害且环保的残留物。这些材料包括掺杂的多晶硅、氮化硅和生物可吸收的聚酐基聚合物。M3Iednc

“我们是第一个展示瞬态 MEMS 器件的例子,”Rogers 说。“我们设想的应用范围从临时植入物到解决当前患者护理中未满足的需求,再到在使用一段时间后安全消失以避免恢复需要的环境监测器。军事应用可能包括部署在远处的敏感系统,在那里不需要恢复被对手攻击是一个问题。”M3Iednc

在最初的测试和评估中,罗杰斯和他的团队测试了他们的材料溶解在小动物体内同时粘附到身体组织上的能力,并取得了非常有希望的结果。因此,他们的工作最终可能为制造可溶解的医疗植入物、环境传感器和其他类型的设备铺平道路,这些设备将在完成特定任务后以环保的方式消失。M3Iednc

“在我们目前的研究中,我们正在探索将这些生态/生物可吸收 MEMS 集成到我们的各种可吸收电子平台中的可能性,以创造新型临时植入技术,”Rogers 补充道。M3Iednc

责编:Demi
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