导读
最近,美国斯坦福大学的科研人员成功研制出一种柔性、有机、可生物降解的电子设备,不仅环保,而且具有很好的生物相容性,可应用于可穿戴设备、植入式设备等电子产品领域。
关键字
有机电子、柔性电子、可生物降解的材料、薄膜晶体管
背景
在我们日常生活中,随处可见各式各样的电子设备,例如智能手机、可穿戴设备、平板电脑、医疗电子设备等等,它们方便和改善了我们的生活,但是也不断制造出很多电子垃圾。
曾经介绍过电子垃圾的危害,例如污染环境,危害健康等等,同时也介绍了更加环保的处理电子垃圾的“冷冻粉碎”法。
但是,与其考虑如何更环保的处理电子垃圾,还不如从源头上反思一下电子产品的组成材料。通常,电子元器件都是不可降解的,也没有生物相容性,且含有大量对于环境有害的物质。
创新
所以,科学家们一直在探索,想要设计出更加柔性、有机、环保、可降解的新一代电子设备。斯坦福大学的工程师、化学工程和材料科学与工程系教授 Zhenan Bao 及其团队重新思考和审视了现有电子设备,进行了创新探索。
他们创造出一种柔性电子设备,通过添加弱酸例如醋,就可以很容易对其降解。这项研究成果发表于5月1日的《美国国家科学院院刊》上,论文题为《用于瞬态电子设备的生物相容性和完全可分解的聚合物半导体》“Biocompatible and totally disintegrable semiconducting polymer for ultrathin and ultralightweight transient electronics”
研究人员尝试模仿人类皮肤,因为皮肤是可伸展、可自我修复、也是生物可降解的,这些特性十分适合未来的电子设备。
他们开发出的电子设备具有:柔性导电的聚合物、可降解的电路板、可生物降解的新型基底材料。基底材料上可以安装这些电气部件,可在粗糙或者光滑的表面上弯曲和成形。最终,当这些设备废弃时,可以通过生物降解为无毒成分。
技术
介绍这项技术之前,我们先介绍 Bao 教授之前的一项研究。他曾经设计过一种可伸缩的电极,它可以贴在人类皮肤上,作为电子设备和人类皮肤或者大脑交互的接口。但遗憾的是,这个设备不可以降解,这一点限制了它的应用,因为它会制造出垃圾。
除了可生物降解的聚合物,团队还开发出了一种新型的电极材料,它不是由金制成,而是由铁制成。铁对于环境十分友好,同时对于人类无毒,成本也相对较低。
基质由纤维素制成,它用于携带电子电路和聚合物。纤维素,其实就是组成纸张的物质。但是,团队改变了纤维素纤维,使之和纸张不同,这样的“纸张”是透明和柔软的,且容易降解。有了这种薄膜基质,电子设备不仅可穿戴在皮肤上,甚至可植入到身体内。
价值
生物可降解的导电聚合物和基质的结合,制成的柔性电子设备具有巨大的创新价值。根据研究人员的描述,我总结出以下几点:
这种设备轻薄、具有柔性,适用于皮肤,能测量和获取用户的血压、血糖、汗液成分。因为具有可降解和柔性的设计,它可以作为一次性的医疗设备使用。