Инженерите създадоха устройство, позволяващо поставянето на електронни компоненти върху живи тъкани и медицински импланти без повреди

Ново средство за печатане на електроника директно върху живи тъкани

Инженери от Университета Райс създадоха устройство, което „спеква“ проводещи чернила пряко върху тъканта, костите или хирургични импланти, без да повредят тяхната повърхност. Това е възможно благодарение на системата Meta✴‑NFS – структура за близко поле, вдъхновена от метаматериали.

Как работи Meta✴‑NFS
Елемент Функция Разрезен обвивателен резонатор Улавя и усилва микровълнова енергия. Конусообразен наконечник Стиска усиления вълна до зона под 200 µм (0,008 инча). Графен посредник Поглъща до 50 % от енергията, позволявайки точково загряване на материала.
В резултат чернилата достигат температура над 160 °C, докато околната повърхност остава студена.

Какво отличава това от традиционните методи
* Точково загряване – обичайните печатарски технологии (плита, лазер) нагряват цялата област, което разрушава тъканите и медицинските материали.

* Свето‑спекване изисква строго определена дължина на вълната, изключвайки повечето биологични материали.

Meta✴‑NFS използва микровълнова мощност 79,5 % (противопоставено на 8,5 % при стандартните зондове), концентрирайки енергията в много малък обем. Това позволява промяна на кристалната структура на нано частици съда от „на лету“, променяйки тяхното специфично съпротивление над три реда – от почти проводящ до изолиращ.

Демонстрационни експерименти
Материал Какво е било отпечатано Резултат Жив растителен лист Токопроводещи микроструктури Успешно спекнати без повреди Пластмър, силикон, хартия Аналогични структури Затопля се само целевата зона Кост на бик (бедренна) Беспроводен датчик за деформация Фиксира малки механични отклонения
Датчик в силиконова обвивка запазва проводимост над 300 секунди под вода, докато незащитеният материал се разрушава за 2,5 секунди.

Практическо приложение
* Ортопедични импланти – вече са отпечатани безжични датчици на супер-високомолекулярен полиефилен (материал на повечето изкуствени тазобедренни и колене стави). Те следят износването и напреженията в реално време, без да пречат на структурата на имплантата.

* Бъдещи направления: проглъщани диагностични устройства, директна интеграция на електрониката с органите, роботи със вградена печатарска електроника.

Коментар от ръководителя на проекта
> „Възможността да се избирато загряват отпечатваните материали позволява задаване на техните функционални свойства в нужните точки на пространството дори сред термо-чувствителни материали“, – отбеляза младши професор от Школата по инженерство и компютърни науки на Университета Райс, Йон Лин Кон.

> „Това отваря път към поставяне на електроника произволна конфигурация върху биополимери и живи тъкани с помощта на настолен принтер без сложни производствени условия и трудоемки ръчни операции“.

Следователно Meta✴‑NFS представлява прорыв в областта на печатарската електроника за медицински и биологични приложения, позволявайки създаване на високоточно, безопасно и гъвкаво устройства директно върху живи материали.