In den letzten Jahren hat sich die Elektronik weit über den Siliziumwafer hinaus entwickelt. Forscher haben funktionelle Schaltkreise entwickelt, die mit menschlichem Gewebe verschmelzen und sich auflösen können, wenn sie mit Wasser besprüht werden, und dehnbare Batterien, die bald tragbare Geräte antreiben könnten.
Eine Gruppe von Schweizer Wissenschaftlern hat jetzt die neueste innovative Elektronik vorgestellt: eine flexible, transparente Schaltung, die klein und dünn genug ist, um auf die Oberfläche einer Kontaktlinse zu passen.
Die Forscher haben ihr neues Gerät als Proof-of-Concept in einem heute in Nature Communications veröffentlichten Artikel auf eine Kontaktlinse gebracht. Eine elektronisch aktivierte Linse könnte beispielsweise zur Überwachung des Augeninnendrucks von Menschen mit Glaukom nützlich sein - Aber sie stellen sich vor, dass die Schaltung eines Tages in alle möglichen biologischen Kontexte implantiert wird.
"Ich glaube, diese Technologie kann wichtige Auswirkungen auf die Medizin und die Gesundheitsüberwachung haben", sagt der leitende Autor Giovanni Salvatore, Forscher an der Eidgenössischen Technischen Hochschule . "Es könnte für sehr tragbare und minimal invasive Geräte, für ultraleichte Solarzellen und vor allem für sehr anpassungsfähige und implantierbare Geräte verwendet werden, mit denen biometrische Parameter im menschlichen Körper überwacht werden können."
Die extreme Flexibilität der Schaltung ermöglicht es, sie um menschliche Haare zu wickeln und trotzdem richtig zu funktionieren. (Bild über Salvatore et al.) Das Erstellen der Schaltkreise, die auf eine 1 Mikrometer dicke Schicht einer Substanz namens Parylen gedruckt sind, ist ein mehrstufiger Prozess. Zunächst bringen die Wissenschaftler das Parylen auf Vinylpolymer auf, das den Träger bildet, und drucken dann die Schaltung auf das Parylen. Danach wird der gesamte Chip in Wasser gelegt, wodurch sich das darunter liegende Polymer auflöst und die ultradünnen Schaltkreise intakt bleiben. Das Ergebnis ist ungefähr ein Sechzigstel so dick wie ein menschliches Haar.
Dieser Prozess verleihe eine Reihe einzigartiger Vorteile. Die Schaltung ist extrem flexibel, biegt sich und kräuselt sich, um zum Beispiel um ein Haar, ein Pflanzenblatt oder einen Finger zu passen, während sie noch richtig funktioniert. Da es extrem leicht ist, kann es in einer Reihe von medizinischen Langzeitanwendungen eingesetzt werden.
Beispielsweise könnte Ihnen Ihr Arzt eines Tages nach einer Herzoperation ein ähnliches implantiertes Gerät verschreiben, mit dem Sie den Blutdruck in Ihrer Aorta überwachen können. Nahezu unsichtbare Umweltsensoren könnten in einem Ökosystem eingesetzt werden, um den Gehalt an Bodennährstoffen und -schadstoffen zu verfolgen und die Daten drahtlos an die Computer der Wissenschaftler zu senden.
Ein größerer Abdruck des Schaltungsprototyps, der um einen Finger gewickelt dargestellt ist. (Bild über Salvatore et al.) Trotzdem wird es noch ein paar Jahre dauern, bis diese Art von Schaltung in kommerziellen Medizin- oder Umweltgeräten auftaucht, da es eine Reihe von Hürden gibt, bevor sie praktisch umgesetzt werden können. Salvatore merkt an, dass sein Team nicht so weit ist, um gleichermaßen haltbare, flexible und leichte Versionen der anderen Komponenten zu entwickeln, die für ein biomedizinisches Gerät von entscheidender Bedeutung sind (Sensoren und langlebige Batterien, um anzufangen).
Andere Forschungsteams, insbesondere John Rogers 'Labor an der Universität von Illinois, arbeiten an der Entwicklung ultradünner LEDs, drahtloser Antennen und Solarzellen, die zum Einsatz kommen können. Danach sei der nächste Schritt die Schaffung eines Systems, das die verschiedenen Einzelgeräte in ein zusammenhängendes Netzwerk verwandelt, Daten drahtlos überträgt und gemeinsam arbeitet.
