Nowa metoda druku 3D elementów elektronicznie aktywnych

Coraz częściej na łamach portalu piszemy o nowych osiągnięciach naukowców w dziedzinie druku 3D z metali, wykorzystywanych m.in do tworzenia elektroniki. Wiele ośrodków badawczych na całym świecie zainteresowało się tym tematem już na dobre. Oto kolejny dowód na to – druk 3D elementów elektronicznych czynnych.

Opracowana przez Michaela McAlpine’a – wykładowcę inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Minnesoty, metoda druku 3D półprzewodników może w przyszłości znaleźć szerokie zastosowanie w powstawaniu innowacyjnych materiałów i urządzeń medycznych. Kiedy zatem wkroczymy w nową erę technologiczną?

Urząd Patentów i Znaków Towarowych Stanów Zjednoczonych w lutym wydał patent na drukowane w 3D materiały i urządzenia elektroniczne czynne. Patent obejmuje pracę badawczą przeprowadzoną przez McAlpine’a i Yong Lin Kong’a (obecnie wykładowca inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie w Utah) podczas studiów na Uniwesytecie Princeton.

W patencie opisano metodę druku 3D służącą do wytwarzania aktywnej elektroniki wykonanej z materiałów półprzewodnikowych. Mogą być to, np. czujniki stężenia glukozy we krwi montowane w szkłach kontaktowych czy też giętkie ekrany wszywane w odzież, a także elementy takie jak diody QD-LEDs (Quantum Dot-based Light-Emitting Diodes), mikroukłady elektromechaniczne, tranzystory, ogniwa słoneczne, piezoelektryki, baterie, ogniwa paliwowe i fotodiody.

Rozwój elektroniki z drukarek 3D ma umożliwić powstawanie urządzeń nowej generacji, które będą odczytywać w czasie rzeczywistym różne biosygnały, co m.in. może się przyczynić do wcześniejszego wykrywania chorób i szybszego skierowania pacjenta do lekarza odpowiedniej specjalizacji.

W 2014 roku zespół badawczy opublikował artykuł o druku 3D diod QD-LEDs w zakrzywionej powierzchni (np. takiej jak występuje w szkłach kontaktowych) w magazynie Nano Letters publikowanym przez Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne. Druk ten miał jednocześnie łączyć pięć różnych materiałów: emisyjne półprzewodnikowe nieorganiczne nanocząstki, elastomerową macierz, polimery organiczne użyte jako warstwy transportujące ładunek, stałe i ciekłe metalowe przewody i przezroczystą warstwę podłoża zdolną do absorbowania światła UV.

Wydrukowane w 3D elementy półprzewodnikowe umożliwią bezpośrednie łączenie elektroniki z elastycznymi, skomplikowanymi trójwymiarowo urządzeniami biomedycznymi. Poza tym półprzewodniki są „inteligentne”, tzn. mogą sygnał zmienić, np. wzmocnić, podczas gdy opisywane dotąd przez nas przewodniki są biernymi elektrodami, które jedynie przekazują informację.

Istnieje wiele potencjalnych zastosowań drukowanej w 3D elektroniki jak np. tworzenie interfejsów mózgowych, urządzeń optogenetycznych, czujników w formie tatuaży, które mogą być drukowane bezpośrednio na ciele, urządzeń kardiologicznych, regulujących uderzenia serca przy niskim poborze mocy czy urządzeń bionicznych.

Drukowane w 3D elementy półprzewodnikowe mają spory potencjał na rynku. Taka elektronika może być kolejnym produktem o rosnącej liczbie zastosowań w innowacyjnych produktach. Według Deloitte wytwarzane technologiami addytywnymi elementy elektroniczne czynne osiągną do 2025 roku wartość rynkową równą 1 mld $.

Już na początku bieżącego roku McAlpine i jego współpracownicy zapowiedzieli drukowane w 3D niewielkie, rozciągliwe, elektroniczne urządzenia czuciowe, które mogą umożliwić stworzenie bionicznej skóry dla robotów chirurgicznych lub nowej klasy produktów drukowanych bezpośrednio na ludzkiej skórze. Nie pozostaje nic innego, jak czekać na efekty ich prac.

Źródło: www.medicaldesignandoutsourcing.com