新しい「トランジェントエレクトロニクス」は水の存在下で溶解し、新しい範囲の可能なアプリケーションを開きます。 イリノイ大学およびタフツ大学のベックマン研究所経由の画像
私たちのほとんどにとって、理想的な電子デバイスは耐久性があり長持ちします。 しかし、学際的な研究者チームは、エレクトロニクスが世界でできることの概念を再考することを余儀なくされる新しいクラスの回路を開発しました。
彼らの発明は、数分から数年の正確な期間機能し、その後水に完全に溶解する超薄型で透明なシリコンベースの回路であり、体内または環境に小さな電子機器を日常的に注入することにつながります。使用後にそれらを抽出する必要があります。 タフツ大学、ノースウェスタン大学、イリノイ大学の研究チームは、本日Scienceで発表された論文で彼らの進歩を明らかにしています。 彼らはそれを「トランジェントエレクトロニクス」と呼ばれる新しい分野への最初のエントリと呼んでいます。
「これらの電子機器は、必要なときにそこにあり、目的を果たした後は消えます」と、チームの北西部を率い、理論、設計、モデリングに注力したYonggang Huang氏は語りました。 「これはまったく新しいコンセプトです。」
従来の電子機器内の回路は、時間の経過とともに自然に水に溶けるが、典型的な回路が消えるまでに数百年かかる速度であるシリコンでできています。 ただし、これらの新しい過渡電子回路を構成するシリコンシートの厚さはわずか数ナノメートルであるため、ごく少量の水や体液と接触した場合でも数分かけて溶解します。 このビデオの15秒後、水をまき散らしたときに回路がどのように溶解するかを見てください（ほぼ息を吹き返すようなストリップ）。
これまでのところ、極薄シリコンシートに可溶性導体（マグネシウムや酸化マグネシウムなど）を使用して回路を印刷することにより、研究者は機能トランジスタ、ダイオード、ワイヤレスパワーコイル、温度およびひずみセンサー、光検出器、太陽電池、無線発振器、アンテナ、完全に分解する単純な64ピクセルのデジタルカメラでさえも。
研究チームは、発明のさまざまな用途を想像しています。 現在、外科医は、それらを抽出するのが難しいため、医療用監視装置を埋め込むことを嫌がります（手術後の感染をチェックするなど）。 しかし、一定期間診断または監視機能を実行し、体内で安全に溶解する一時的な電子機器で作られたインプラントは、医師が手術後の患者の経過をフォローアップするための日常的な方法になる可能性があります。 他の一時的なデバイスは、温度や筋肉の活動を監視したり、内部で薬を投与したりできます。
ラットでは、チームは外科的切開部位で細菌感染を監視し、必要に応じて加熱により根絶することができるインプラントの実証に成功しました。 移植後3週間で、回路の痕跡のみがラットの皮膚に残った。
研究者は、過渡回路基板をラットの皮膚に埋め込み、人間の手術後モニタリング装置などの技術を使用する可能性をテストしました。 イリノイ大学およびタフツ大学のベックマン研究所経由の画像
さらに、一時的な回路は、油の流出後に適用されるワイヤレスセンサーを使用して、一定時間後に溶解する前に地上の状態を追跡するなど、環境の監視状況で使用できます。 また、建物や道路にモニターを設置して、時間の経過に伴う緩やかな構造の変形を検出することもできます。 一時的な回路は、家電製品に移行する可能性があります。電話の内部回路は、特定の液体の存在下で溶解するように設計されている可能性があります。
シリコンは自然界に豊富に存在し、導電性材料であるマグネシウムは生体適合性があり、体内で自然に発生するため、研究者は回路が溶解しても健康や環境に害を及ぼさないと考えています。 もちろん、これが当てはまるかどうかはまだ不明であり、本発明を実施する前にさらなるテストが必要です。
過渡回路は、環境監視アプリケーションで使用でき、その後のクリーンアップの必要がなくなります。 イリノイ大学およびタフツ大学のベックマン研究所経由の画像
これらのさまざまなアプリケーションには、それぞれ異なる減衰率が必要です。 「手術部位の切開による潜在的な感染症に対処するように設計された医療用インプラントは、数週間だけ必要です。 しかし、消費者向け電子機器の場合は、少なくとも1〜2年は使い続ける必要があります」と、実験と製造に携わったイリノイ大学グループを率いたジョン・ロジャースは述べています。
研究者たちは、回路がどのくらいの長さに留まるかを制御するために、異なる厚さの保護シルクコートでそれを覆います。 シルクが厚いほど、溶解するのに時間がかかり、シリコンが分解し始めます。 絹がなくなるまで、回路は水またはリン酸緩衝生理食塩水に完全に浸った状態で機能し、人体の液体と化学的に類似しています。
研究グループは現在、設計を改良し、より多くの動物試験を実施しています。また、半導体メーカーと協力して、工業規模の製造の可能性を試験しています。 この技術がシリコン表面に回路を印刷することに依存しているという事実は、存在する大部分の電子機器のように、製造プロセスをわずかに変更するだけで機能的な過渡回路が生じる可能性があることを意味します。
「これは新しいコンセプトなので、多くの機会がありますが、その多くはおそらくまだ特定さえしていません」とロジャーズは言いました。 「私たちは非常に興奮しています。 これらの発見は、まったく新しい応用分野を切り開きます。」
