Eerste elektronische huid met een mesh-structuur voor langdurige hechting zonder ongemak

Een onderzoeksteam onder leiding van professor Lee Sungwon van DGIST is erin geslaagd ’s werelds eerste nanomesh-gestructureerde elektronische huidapparaat (organische veldeffecttransistor) te ontwikkelen. Dit elektronische huidapparaat, dat alleen bestaat uit een nanomesh-structuur die biosignalen voor een langere periode kan meten en verwerken, is een grote stap in de richting van geïntegreerde systemen voor elektronische huidapparaten.

Het onderzoeksteam, geleid door professor Lee Sungwon van de afdeling natuurkunde en scheikunde van DGIST, is erin geslaagd ’s werelds eerste ultradunne en ademende nanomesh organische veldeffecttransistor (OFET) te ontwikkelen die kan worden toegepast op elektronische huidapparaten. Nanomesh OFET, in combinatie met verschillende sensoren, zal naar verwachting directe meting van fysiologische gegevens van het huidoppervlak mogelijk maken en de gegevensverwerking optimaliseren.

Elektronische huid verwijst naar elektronische draagbare apparaten die op de huid worden gedragen om biosignalen, zoals temperatuur, hartslag, elektromyogram en bloeddruk, te verzamelen en de gegevens over te dragen. Als reactie op de recente toename van de belangstelling voor slimme zorgsystemen met draagbare apparaten, worden gerelateerde technologieën actief ontwikkeld. Een zachte sensor die zich kan hechten aan gladde en constant bewegende huidoppervlakken is vereist om fysiologische signalen nauwkeurig te meten met behulp van een realtime gezondheidszorgsysteem. Dientengevolge zijn de meeste elektronische apparaten die op het huidoppervlak worden gedragen, vervaardigd met behulp van substraten met vlakke oppervlakken zoals plastic en rubber.

Langdurige hechting van substraat met vlakke oppervlaktestructuur en lage vloeistof- en dampdoorlatendheid aan biologische huid kan echter onverwachte ziekten veroorzaken (zoals atopie, stofwisselingsstoornissen, enz.). Daarom is het noodzakelijk dat elektronische apparaten die in contact komen met biologische weefsels een hoge permeabiliteit bereiken om langdurig gebruik te garanderen. Dienovereenkomstig heeft onderzoek naar op polymeer nanovezel gebaseerde nanomesh-apparaten met goede permeabiliteit veel aandacht getrokken.

Het onderzoeksteam onder leiding van Lee Sungwon van DGIST ontwikkelde een ultradun nanomesh OFET dat bijna geen ongemak veroorzaakt voor de gebruikers en kan worden gecombineerd met verschillende sensoren. In het bijzonder vertoonde het ontwikkelde OFET-apparaat consistente functies, zelfs wanneer gevouwen of gebogen, met bijna geen prestatievermindering, zelfs in zware omgevingen zoals 1.000 vervormingen en hoge luchtvochtigheid.

Het vervaardigen van nanomesh-transistors was moeilijk vanwege het ruwe oppervlak en het gebrek aan mechanische robuustheid en thermische en chemische stabiliteit. Het team van professor Lee Sungwon loste deze problemen gelijktijdig op door een materiaal genaamd Parylene C als biocompatibele coating te gebruiken. Bovendien werd de conventionele vacuümdepositiemethode gebruikt voor eenvoudigere verwerking in plaats van synthese of verwerking bij hoge temperatuur.

Professor Lee Sungwon van de afdeling natuurkunde en scheikunde van DGIST zei: “We hebben voor het eerst met succes een organische veldeffecttransistor met nanomesh ontwikkeld en een geïntegreerde tactiele sensor met actieve matrix gedemonstreerd. De ontwikkeling van transistors was essentieel voor het bouwen van een complexe circuit, en nu met het nanomesh elektronische huidapparaat is langdurige meting en verwerking van fysiologische gegevens in realtime mogelijk.”

Dit onderzoek is gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialeneen internationaal tijdschrift op het gebied van Nanoscience and Nanotechnology.