p Os engenheiros elétricos da Duke University desenvolveram uma técnica totalmente de impressão no local para eletrônicos que é suave o suficiente para trabalhar em superfícies delicadas, incluindo papel e pele humana. O avanço pode permitir tecnologias como alta adesão, tatuagens eletrônicas incorporadas e bandagens manipuladas com biossensores específicos do paciente. p As técnicas são descritas em uma série de artigos publicados online em 9 de julho na revista. Nanoescala e em 3 de outubro no jornal ACS Nano .

p "Quando as pessoas ouvem o termo 'eletrônica impressa, 'a expectativa é que uma pessoa carregue um substrato e os designs de um circuito eletrônico em uma impressora e, algum tempo razoável depois, remove um circuito eletrônico totalmente funcional, "disse Aaron Franklin, James L. e Elizabeth M. Vincent Professor Associado de Engenharia Elétrica e de Computação na Duke.

p "Ao longo dos anos, houve uma série de trabalhos de pesquisa prometendo esses tipos de 'eletrônicos totalmente impressos, 'mas a realidade é que o processo realmente envolve tirar a amostra várias vezes para assá-la, lave-o ou coloque materiais de revestimento giratório sobre ele, Franklin disse. "O nosso é o primeiro em que a realidade corresponde à percepção do público."

p O conceito das chamadas tatuagens eletrônicas foi desenvolvido pela primeira vez no final dos anos 2000 na Universidade de Illinois por John A. Rogers, que agora é Louis Simpson e Kimberly Querrey Professor de Ciência e Engenharia de Materiais na Northwestern University. Em vez de uma tatuagem verdadeira que é injetada permanentemente na pele, As tatuagens eletrônicas de Rogers são finas, remendos flexíveis de borracha que contêm componentes elétricos igualmente flexíveis.

p O filme fino adere à pele como uma tatuagem temporária, e as primeiras versões da eletrônica flexível foram feitas para conter monitores de atividade cardíaca e cerebral e estimuladores musculares. Embora esses tipos de dispositivos estejam em vias de comercialização e fabricação em grande escala, existem algumas arenas nas quais eles não são adequados, como quando a modificação direta de uma superfície adicionando componentes eletrônicos personalizados é necessária.

p "Para que a impressão direta ou aditiva seja realmente útil, você precisará imprimir tudo o que estiver imprimindo em uma única etapa, "disse Franklin." Algumas das aplicações mais exóticas incluem tatuagens eletrônicas intimamente conectadas que poderiam ser usadas para marcação biológica ou mecanismos de detecção exclusivos, prototipagem rápida para eletrônicos personalizados dinâmicos, e diagnósticos em papel que podem ser integrados prontamente em bandagens personalizadas. "

p No jornal de julho, O laboratório de Franklin e o laboratório de Benjamin Wiley, professor de química na Duke, desenvolveu uma nova tinta contendo nanofios de prata que podem ser impressos em qualquer substrato a baixas temperaturas com uma impressora de aerossol. Ele produz uma película fina que mantém sua condutividade sem qualquer processamento adicional. Depois de impresso, a tinta seca em menos de dois minutos e mantém seu alto desempenho elétrico mesmo depois de suportar 50 por cento de torção mais de mil vezes.

p Em um vídeo que acompanha o primeiro artigo, o estudante de graduação Nick Williams imprime duas derivações eletronicamente ativas na parte inferior de seu dedo mínimo. Perto do final de seu dedo, ele conecta os fios a uma pequena luz LED. Ele então aplica uma tensão na parte inferior dos dois condutores impressos, fazendo com que o LED permaneça aceso mesmo quando ele dobra e move o dedo.

p No segundo artigo, Franklin e o estudante de graduação Shiheng Lu levam a tinta condutora um passo adiante e a combinam com dois outros componentes imprimíveis para criar transistores funcionais. A impressora primeiro coloca uma tira semicondutora de nanotubos de carbono. Depois de secar, e sem remover o substrato de plástico ou papel da impressora, dois terminais de nanofio de prata que se estendem por vários centímetros de cada lado são impressos. Uma camada dielétrica não condutora de um material bidimensional, nitreto de boro hexagonal, é então impresso no topo da tira semicondutora original, seguido por um eletrodo de porta de nanofio de prata final.

p Com as tecnologias de hoje, pelo menos uma dessas etapas exigiria que o substrato fosse removido para processamento adicional, como um banho químico para enxaguar o material indesejado, um processo de endurecimento para garantir que as camadas não se misturem, ou uma cozedura prolongada para remover vestígios de matéria orgânica que podem interferir com os campos elétricos.

p Mas a impressão no local de Franklin não requer nenhuma dessas etapas e, apesar da necessidade de cada camada secar completamente para evitar a mistura de materiais, pode ser concluído na temperatura de processamento geral mais baixa relatada até o momento.

p "Ninguém pensou na tinta em aerossol, especialmente para nitreto de boro, entregaria as propriedades necessárias para fazer eletrônicos funcionais sem ser cozido por pelo menos uma hora e meia, "disse Franklin." Mas não só conseguimos fazer funcionar, mostramos que assá-lo por duas horas após a impressão não melhora seu desempenho. Foi tão bom quanto poderia ser apenas usando nosso processo totalmente de impressão no local. "

p Franklin não vê seu método de impressão substituindo os processos de fabricação em grande escala por eletrônicos vestíveis. Mas ele vê um valor potencial para aplicativos como prototipagem rápida ou situações em que um tamanho não serve para todos.

p "Pense em criar bandagens personalizadas que contenham produtos eletrônicos como biossensores, onde uma enfermeira poderia simplesmente ir até uma estação de trabalho e digitar quais recursos eram necessários para um paciente específico, "disse Franklin." Este é o tipo de recurso de impressão sob demanda que pode ajudar a impulsionar isso. "