Nieuw systeem verbetert mechanische stabiliteit van nanovezel-gebaseerde bio-elektroden

Flexibele elektronische apparaten op basis van elektrogesponnen nanovezelmembranen (ENM) trekken veel aandacht vanwege hun hoge biocompatibiliteit en uitstekende mechanische prestaties. Het patroonvormen van geleidende materialen op vezelsubstraten vereist echter doorgaans dure vacuümapparatuur of extra processen om afzonderlijke maskers te maken.

Om dit probleem aan te pakken, heeft een gezamenlijk onderzoeksteam onder leiding van professor Seung Hwan Ko van de afdeling Werktuigbouwkunde van de Nationale Universiteit van Seoul en professor C-Yoon Kim van de Konkuk Universiteit een systeem ontwikkeld dat een efficiënte vloeistofstroom induceert met behulp van capillaire werking door een ondersteuning van carbonpapier onder het nanovezelmembraan te plaatsen, waardoor het filtratieproces mogelijk is zonder dat er vacuümapparatuur nodig is.

Het onderzoek was gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialen op 29 mei.

Deze aanpak verbetert de mechanische stabiliteit door nanodraden en substraten sterk te verbinden via de fotothermische effecten van lasers tijdens de nabewerkingsfase. Bovendien toonde het systeem aan dat circuits stabiel bleven, zelfs onder sterke ultrasone behandeling en dat de patronen op het substraat intact bleven bij handmatig trekken.

Het team valideerde de sterke punten van hun ontwikkelde processysteem en de resultaten via verschillende toepassingen, waaronder een in vivo ECG-elektrode voor het registreren van epicardiale signalen, een epidermale elektrochemische biosensor en een op maat gemaakte epidermale elektromyografie (EMG) gebaseerde mens-machine-interface (HMI).

Het potentieel van zachte elektronica op basis van elektrogesponnen nanovezelmembranen (ENM) in de bio-elektronica van de epidermis heeft veel aandacht gekregen vanwege de conforme compatibiliteit met het menselijk lichaam en de bijbehorende prestatieverbeteringen.

Voor het aanbrengen van patronen op geleidende materialen op vezelsubstraten zijn echter doorgaans dure vacuümapparatuur of aanvullende processen nodig om afzonderlijke maskers te creëren.

Het onderzoeksteam ontwikkelde een systeem dat het filtratieproces mogelijk maakt zonder dat er dure vacuümapparatuur nodig is. Dit gebeurt door een drager van carbonpapier onder het nanovezelmembraan te plaatsen, waardoor er door capillaire werking een efficiënte vloeistofstroom ontstaat.

Met dit systeem kunnen de nanodraden en substraten sterk worden verbonden door de fotothermische effecten van lasers tijdens de nabewerkingsfase, wat de mechanische stabiliteit verbetert. Het systeem toonde ook aan dat circuits stabiel bleven onder sterke ultrasone behandeling en dat de patronen op het substraat intact bleven bij handmatig trekken.

Het onderzoeksteam valideerde de sterke punten van hun ontwikkelde processysteem en de resultaten via verschillende toepassingen, waaronder een in vivo epicardiale signaalregistratie ECG-elektrode, een epidermale elektrochemische biosensor en een op maat gemaakte epidermale elektromyografie (EMG) gebaseerde mens-machine-interface (HMI).

Bovendien heeft dit onderzoek mogelijkheden geopend voor het efficiënt vervaardigen van elektronische apparaten met een hoge rekbaarheid, ademend vermogen en geleidbaarheid. Dit toont mogelijke toepassingen in verschillende sectoren van de gezondheidszorg en de medische sector.