혁신적인 웨어러블 기술:맞춤형 바이오센서 문신을 위한 인쇄형 전자 장치

듀크 대학교 프랫 공과대학(노스캐롤라이나 주 더럼)

전자 제품의 완전한 인쇄 위치 기술은 환자별 바이오 센서를 사용하여 접착력이 높고 내장된 전자 문신 및 붕대와 같은 기술을 가능하게 할 수 있습니다.

새끼손가락 아래쪽을 따라 직접 인쇄된 두 개의 전자 활성 리드는 전압이 가해지면 LED에 성공적으로 불이 들어옵니다.

기존의 전자 문신은 똑같이 유연한 전기 부품을 포함하는 얇고 유연한 고무 패치입니다. 얇은 필름은 임시 문신처럼 피부에 달라붙으며 유연한 전자 장치의 초기 버전은 심장 및 뇌 활동 모니터와 근육 자극기를 포함하도록 만들어졌습니다. 맞춤형 전자 장치를 추가하여 표면을 직접 수정해야 하는 경우와 같이 적합하지 않은 일부 분야가 있습니다.

연구원들은 에어로졸 프린터를 사용하여 저온에서 모든 기판에 인쇄할 수 있는 은 나노와이어가 포함된 새로운 잉크를 개발했습니다. 추가 처리 없이 전도성을 유지하는 얇은 필름을 생성합니다. 인쇄 후 잉크는 2분 이내에 건조되며 50%의 굽힘 변형을 1,000회 이상 견딘 후에도 높은 전기적 성능을 유지합니다.

시연에서는 두 개의 전자 활성 리드가 새끼손가락 아래쪽을 따라 인쇄되었습니다. 손가락 끝 부분에는 리드가 작은 LED 조명에 연결됩니다. 그런 다음 인쇄된 두 리드의 아래쪽에 전압이 적용되어 손가락이 구부러지고 움직일 때에도 LED가 계속 켜져 있게 됩니다.

전도성 잉크는 두 개의 다른 인쇄 가능한 구성 요소와 결합되어 기능성 트랜지스터를 만들 수 있습니다. 프린터는 먼저 탄소 나노튜브의 반도체 스트립을 내려 놓습니다. 일단 건조되면 프린터에서 플라스틱이나 종이 기판을 제거하지 않고 양쪽에서 수cm 연장되는 두 개의 은나노와이어 리드가 인쇄됩니다. 그런 다음 2차원 물질(육각형 질화붕소)의 비전도성 유전층을 원래의 반도체 스트립 위에 인쇄한 다음 최종 은나노와이어 게이트 전극을 인쇄합니다.

오늘날의 기술을 사용하면 원치 않는 물질을 헹구기 위한 화학 욕조, 층이 섞이지 않도록 하는 경화 공정 또는 전기장을 방해할 수 있는 유기 물질의 흔적을 제거하기 위한 확장 베이킹과 같은 추가 처리를 위해 이러한 단계 중 적어도 하나에서 기판을 제거해야 합니다. 현장 인쇄(Print-In-Place) 기술에는 이러한 단계가 전혀 필요하지 않으며, 재료가 섞이는 것을 방지하기 위해 각 층을 완전히 건조시켜야 함에도 불구하고 현재까지 보고된 가장 낮은 전체 처리 온도에서 완료할 수 있습니다.

프린팅 방법은 웨어러블 전자 장치의 대규모 제조 공정을 대체하지는 않지만 신속한 프로토타이핑이나 바이오센서가 포함된 붕대와 같은 응용 분야에 가치가 있습니다.

자세한 내용은 Ken Kingery에게 문의하세요. 이 이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호됩니다. 보려면 JavaScript를 활성화해야 합니다.; 919-660-8414.