Mérnökök kifejlesztettek egy eszközt, amely lehetővé teszi az elektronikus alkatrészek élő szövetekre és orvosi implantátumokra való felhelyezését sérülés nélkül.

Új módja az elektronika nyomtatásának élő szövetekre

A Rice Egyetem mérnökei olyan eszközt hoztak létre, amely „szépen” süt a vezető tinta közvetlenül a szövetre, csontokra vagy sebészeti implantátumokra anélkül, hogy károsítaná azok felületét. Ennek lehetővé tette a Meta✴‑NFS rendszer – egy közelmező struktúra, amelyet metamateriálok ihlettek.

Hogyan működik a Meta✴‑NFS
Elem Funkció Átvágó körsugárzó rezonátor Kezeli és erősíti a mikrohullám energiát. Koncsúszós csúcs Sűríti az erősített hullámot 200 µm (0,008 hüvelyk) alatti zónába. Grafen közvetítő Elnyeli akár 50 % energiát, lehetővé téve a célzott hőtermelést.
Ennek eredményeként a tinta hőmérséklete meghaladja a 160 °C-ot, miközben a környező felület hideg marad.

Mi különbözteti meg ezt a hagyományos módszerektől
* Célzott fűtés – a hagyományos nyomtatási technológiák (sütő, lézer) az egész területet melegítik fel, ami károsítja a szöveteket és orvosi anyagokat.

* Fény-sütés szigorú hullámhosszra van kényszerítve, kizárva a legtöbb biológiai anyagot.

A Meta✴‑NFS 79,5 % mikrohullám teljesítményt használ (szemben a standard sondok 8,5 %-ával), az energiát nagyon kis térfogatba koncentrálva. Ez lehetővé teszi a nátrium-szilver nanopartikák kristályszerkezetének „helyben” történő módosítását, a specifikus ellenállásukat több mint három renddel változtatva – szinte vezető állapotból izoláló állapotra.

Demonstrációs kísérletek
Anyag Mintát nyomtattak Eredmény Élő növényi levél Vezető mikrostruktúrák Sikeresen sütöttek sérülés nélkül Plastik, szilikon, papír Hasonló struktúrák Kizárólag a célzott terület melegszett Taurus csont (medialis) Állandó deformációs érzékelő Feljegyezte az apró mechanikai eltéréseket
Az érzékelő szilikon burkolatban 300 másodpercig tartotta a vezetőképességet víz alatt, míg a nem védett anyag 2,5 másodpercen belül elbomlott.

Gyakorlati alkalmazás
* Ortopédiai implantátumok – már nyomtatva vannak vezeték nélküli érzékelők szupermolekuláris polietilénben (a legtöbb mesterséges medencés és térdhartnagyú csonttörés anyaga). Ezek valós időben követik a kopást és feszültségeket anélkül, hogy befolyásolnák az implantátum szerkezetét.

* Jövőbeli irányok: szívhető diagnosztikai eszközök, elektronika közvetlen integrálása szervekkel, robotok beépített nyomtatott elektronikával.

Projektvezető megjegyzése
> „Az elkülönített anyagfűtés lehetősége lehetővé teszi a funkcionális tulajdonságok meghatározását a kívánt térbeli pontokon még hőérzékeny anyagok környezetében,” – mondta a Rice Egyetem Mérnöki és Számítástechnikai Iskola fiatal professzora, Yoon Lin Kwon.

> „Ez nyitja az utat arra, hogy bármilyen konfigurációjú elektronikát helyezzünk el biopolimerekre és élő szövetekre asztali nyomtatóval, komplex gyártási feltételek vagy időigényes kézi műveletek nélkül.”

Így a Meta✴‑NFS egy áttörést jelent a nyomtatott elektronika területén az orvosi és biológiai alkalmazások számára, lehetővé téve a magas pontosságú, biztonságos és rugalmas eszközök létrehozását élő anyagokon.