Інженери створили прилад, що дозволяє наносити електронні компоненти на живі тканини та медичні імпланти без пошкоджень

Новий спосіб спекання електроніки безпосередньо на живих тканинах

Інженери з Університету Рейса створили пристрій, який «спікає» провідні чорнила прямо на тканину, кістку чи хірургічний імплант, не пошкоджуючи їх поверхню. Це стало можливим завдяки системі Meta✴‑NFS – структурі ближнього поля, натхненній метаматеріалами.

Як працює Meta✴‑NFS
ЕлементФункціяРезонатор розрізного колаЗахоплює й посилює мікрохвильову енергію.Конусоподібний наконечникСтисне підсилену хвилю до області менше 200 µм (0,008 дюйма).Графен‑посредникПоглинає до 50 % енергії, дозволяючи точково нагрівати матеріал.
У результаті чорнила досягають температури понад 160 °C, тоді як навколишня поверхня залишається холодною.

Що відрізняє це від традиційних методів
* Точковий нагрів – звичайні друкарські технології (печі, лазери) розігрівають всю область, що руйнує тканини та медичні матеріали.

* Світоспікання вимагає суворої довжини хвилі, виключаючи більшість біологічних матеріалів.

Meta✴‑NFS використовує мікрохвильову потужність 79,5 % (у порівнянні з 8,5 % у стандартних зондів), концентруючи енергію в дуже малому об’ємі. Це дозволяє змінювати кристалічну структуру наночастинок срібла «на льоту», змінюючи їх удельний опір більш ніж на три порядки – від майже провідного до ізоляційного.

Демонстраційні експерименти
МатеріалЩо було надрукованоРезультатЖивий рослинний листПровідні мікроструктуриУспішно спікали без пошкодженьПластик, силікон, папірАналогічні структуриНагрівалася лише цільова зонаКістка бикова (бедренна)Бездротовий датчик деформаціїФіксував невеликі механічні відхилення
Датчик у силіконовій оболонці зберігав провідність понад 300 секунд під водою, тоді як незахищений матеріал руйнувався за 2,5 секунди.

Практичне застосування
* Ортопедичні імпланти – вже надруковані бездротові датчики на супервисокомолекулярному поліетилену (матеріал більшості штучних тазобедрених і колінних суглобів). Вони відстежують знос та напруги в реальному часі без втручання у структуру імпланта.

* Майбутні напрямки: проглатывані діагностичні пристрої, пряме сполучення електроніки з органами, роботи зі вбудованою друкованою електронікою.

Коментар керівника проекту
> «Можливість вибірково нагрівати друковані матеріали дозволяє задавати їх функціональні властивості у потрібних точках простору навіть у середовищі термо-чутливих матеріалів», – зазначив молодший професор Школи інженерії та обчислювальних наук Університету Рейса, Йон Лін Кон.

> «Це відкриває шлях до розміщення електроніки довільної конфігурації на біополімерах і живих тканинах за допомогою настільного принтера без складних виробничих умов та трудомістких ручних операцій».

Таким чином, Meta✴‑NFS представляє собою прорив у галузі друкованої електроніки для медичних та біологічних застосувань, дозволяючи створювати високоточні, безпечні й гнучкі пристрої прямо на живих матеріалах.