La nueva “electrónica transitoria” se disuelve en presencia de agua, abriendo una nueva gama de posibles aplicaciones. Imagen vía Beckman Institute, University of Illinois y Tufts University.
Para la mayoría de nosotros, un dispositivo electrónico ideal es duradero y duradero. Sin embargo, un equipo interdisciplinario de investigadores ha desarrollado una nueva clase de circuitos que nos obliga a repensar nuestro concepto de lo que la electrónica puede hacer en el mundo.
Su invención, un circuito ultradelgado, claro, a base de silicio que funciona durante un período de tiempo preciso, que varía de minutos a años, luego se disuelve completamente en agua, podría conducir a la implantación rutinaria de pequeños componentes electrónicos dentro del cuerpo o en el medio ambiente sin ningún tipo de Es necesario extraerlos después de su uso. El equipo de investigación, de la Universidad Tufts, la Universidad Northwestern y la Universidad de Illinois, revela su avance en un artículo publicado hoy en Science . Se refieren a él como una entrada inicial en un nuevo campo llamado "electrónica transitoria".
"Estos dispositivos electrónicos están allí cuando los necesitas, y después de que han cumplido su propósito, desaparecen", dijo Yonggang Huang, quien dirigió la parte noroeste del equipo, que se centró en la teoría, el diseño y el modelado. "Este es un concepto completamente nuevo".
Los circuitos dentro de la electrónica convencional están hechos de silicio, un material que se disuelve naturalmente en el agua con el tiempo, pero a velocidades que significan que un circuito típico tardaría cientos de años en desaparecer. Sin embargo, las láminas de silicio que componen estos nuevos componentes electrónicos transitorios tienen solo unos pocos nanómetros de grosor, por lo que pueden disolverse en el transcurso de minutos cuando entran en contacto incluso con un pequeño volumen de agua o un fluido corporal. Observe cómo se disuelve el circuito (casi como una tira refrescante) cuando se rocía con agua, 15 segundos en este video:
Hasta ahora, al imprimir circuitos utilizando conductores solubles (como magnesio u óxido de magnesio) en las láminas de silicio ultradelgadas, los investigadores han creado transistores funcionales, diodos, bobinas de potencia inalámbricas, sensores de temperatura y tensión, fotodetectores, células solares, radio osciladores, antenas y incluso cámaras digitales simples de 64 píxeles que se disuelven por completo.
El equipo de investigación imagina una variedad de aplicaciones diferentes para su invención. Actualmente, los cirujanos son reacios a implantar dispositivos de monitoreo médico (por ejemplo, para verificar si hay una infección después de la cirugía) debido a la dificultad de extraerlos. Pero un implante hecho de componentes electrónicos transitorios que realizó una función de diagnóstico o monitoreo durante un período determinado de tiempo, luego se disolvió de manera segura en el cuerpo, podría convertirse en una forma rutinaria para que un médico haga un seguimiento del progreso del paciente después de la cirugía. Otros dispositivos transitorios podrían controlar la temperatura o la actividad muscular, o administrar medicamentos internamente.
En ratas, el equipo demostró con éxito un implante que monitorizaba una infección bacteriana en un sitio de incisión quirúrgica y podría erradicarlo mediante calentamiento si fuera necesario. Tres semanas después de ser implantado, solo quedaron rastros del circuito en la piel de la rata.
Los investigadores implantaron una placa de circuito transitoria en la piel de una rata para probar la viabilidad del uso de tecnologías tales como dispositivos de monitoreo postoperatorio en humanos. Imagen vía Beckman Institute, University of Illinois y Tufts University.
Además, los circuitos transitorios podrían usarse en situaciones de monitoreo ambiental, como el uso de sensores inalámbricos que se aplican después de un derrame de petróleo para rastrear las condiciones del suelo antes de disolverse después de un período de tiempo establecido. Los monitores también se pueden colocar en edificios o carreteras para detectar una deformación estructural gradual con el tiempo. Los circuitos transitorios incluso podrían llegar a la electrónica de consumo (los circuitos internos de un teléfono tal vez podrían diseñarse para disolverse en presencia de un líquido particular) para combatir la creciente cantidad de desechos electrónicos que se producen a medida que actualizamos teléfonos u otros dispositivos con frecuencia.
Debido a que el silicio es naturalmente abundante en el medio ambiente y el material conductor, el magnesio, es biocompatible, y ocurre naturalmente en el cuerpo, los investigadores creen que los circuitos no dañarán nuestra salud o el medio ambiente cuando se disuelvan. Por supuesto, queda por ver si este es el caso, y es necesario realizar más pruebas antes de implementar la invención.
Los circuitos transitorios podrían usarse en aplicaciones de monitoreo ambiental, eliminando la necesidad de limpieza posterior. Imagen vía Beckman Institute, University of Illinois y Tufts University.
Cada una de estas diversas aplicaciones requeriría diferentes tasas de descomposición. “Un implante médico diseñado para tratar posibles infecciones por incisiones en el sitio quirúrgico solo es necesario durante un par de semanas. Pero para un dispositivo electrónico de consumo, querrás que se quede por lo menos durante un año o dos ”, dijo John Rogers, quien dirigió el grupo de la Universidad de Illinois que trabajó en la experimentación y la fabricación.
Para controlar cuánto tiempo permanece un circuito, los investigadores lo cubren con capas protectoras de seda de diferentes grosores. Cuanto más gruesa es la seda, más tiempo tarda en disolverse, y solo entonces el silicio comienza a desintegrarse. Hasta que se acabe la seda, los circuitos pueden funcionar mientras están completamente sumergidos en agua o en un líquido salino tamponado con fosfato, químicamente similar a los fluidos en el cuerpo humano.
El grupo de investigación actualmente está refinando sus diseños y realizando más pruebas en animales, además de trabajar con un fabricante de semiconductores para evaluar el potencial de fabricación a escala industrial. El hecho de que la tecnología se base en circuitos de impresión en una superficie de silicio, como la gran mayoría de la electrónica existente, significa que pequeñas alteraciones en el proceso de fabricación podrían producir circuitos transitorios funcionales.
"Es un concepto nuevo, por lo que hay muchas oportunidades, muchas de las cuales probablemente aún no hemos identificado", dijo Rogers. “Estamos muy emocionados. Estos hallazgos abren áreas de aplicación completamente nuevas ".
