美國塔夫茨大學官網近日發布公告稱,該校研究人員開發出一種由亞麻纖維制成的晶體管,利用這些晶體管制成的全柔性電子器件可編織成織物佩戴在皮膚上,甚至(理論上)可通過外科手術植入體內進行診斷監測。相關成果發表于《美國化學會—應用材料與界面》雜志。

研究人員表示,新設計的晶體管可制成簡單的、基于纖維的邏輯電路和集成電路。這些電路將取代目前眾多柔性電子器件中最后剩余的剛性組件,與基于纖維的傳感器結合使用,可創建出全柔性多路復用設備。這種全柔性電子器件可實現適應不同形狀的各種應用,并允許自由移動而不影響功能。

目前大多數柔性電子器件通過將金屬和半導體圖案化為可彎曲的“波浪”結構或使用導電聚合物等自柔性材料來實現靈活性,以與嵌入它們的生物組織(皮膚、心臟甚至腦組織)相適應。

實驗中,研究人員利用基于纖維的晶體管創建了一個簡單的小型集成電路,并將其連接到基于纖維的傳感器陣列,監測了多個部位的鈉和銨離子(心血管健康、肝臟和腎臟功能的重要生物標志物)濃度變化。

本研究中的一項重要創新是使用注入電解質的凝膠作為纖維周圍的材料并連接到柵極線。凝膠由二氧化硅納米粒子組成,其可自組裝成網絡結構。電解質凝膠可通過浸漬涂布或快速擦拭輕松地沉積在纖維上。與用作經典晶體管中柵極材料的固態氧化物或聚合物相比,電解質凝膠在拉伸或彎曲下具有彈性。

研究人員表示,與基于聚合物和其他柔性材料的電子產品相比,基于纖維的電子產品具有出色的靈活性、材料多樣性以及無需潔凈室即可生產的能力。未來,基于纖維的電子診斷器件可做到非常薄、柔軟和柔韌,足以與其測量的生物組織無縫集成,從而使病人幾乎注意不到。

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