Растягиваемые эластичные пленки на основе нанотрубок — прогресс в медицинских электронных имплантах

Источник: omsk.rfn.ru

Одной из существенных проблем, тормозящих разработку электронных устройств, которые могут быть имплантированы в тело человека, является отсутствие соответствующих материалов. Большинство полупроводниковых материалов — жестки и хрупки, в то время как живая ткань тела – мягкая и гибкая. Ученые из Калифорнии, похоже, сделали значительный шаг вперед в разработке материалов для имплантируемой электроники.

Имплантируемые электронные устройства медицинского назначения могут следить за целым спектром функций человеческого организма, включая кровяное давление, температуру, структуру и скорость потоков жидкостей; они также могут быть предназначены для детектирования химических, электрических и даже магнитных параметров в разлтчных точках тела. Многие из таких приборов требуют существенной механической гибкости, без ущерба для рабочих параметров. На сегодня, лучшие из материалов, применяемых в электронике демонстрируют не слишком большую устойчивость к деформациям, растрескиваясь уже при изменении линейных размеров всего на 10-20 процентов.

Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (University of California), США создали проводящий прозрачный материал на основе нанотрубок, изделия из которого не утрачивают своих свойств при значительных механических деформациях (к примеру, увеличении их изначальных размеров более чем в семь раз).

По словам исследователей, такие пленки могут применяться для создания современных имплантируемых электронных устройств. Использование нанотрубок, по мнению одного из авторов работы Кибин Пэй (Qibing Pei) — очевидный способ решения существующих проблем, поскольку отношение длины к диаметру у них очень велико, что позволяет им перекрывать образующиеся трещины, и материал при этом сохраняет проводящие свойства». Результаты исследований опубликованы в журнале Applied Physics Letters (Highly stretchable, conductive, and transparent nanotube thin films).

Ученые нанесли слой нанотрубок на эластичную подложку, а затем медленно растягивали получившийся образец, проведя испытания на равномерную (с приложением одинаковых усилий ко всем краям) и неравномерную деформации. Пленка при этом находилась под напряжением, а исследователи следили за изменением ее проводимости. Для оценки оптических свойств материала авторы разместили под пленкой надпись UCLA; до начала эксперимента очертания букв оставались четкими, и сама пленка имела темный оттенок. В процессе деформации края изображения постепенно смазывались, а материал светлел.

Изменения структуры пленки, которые вызываются растяжением, ученые проанализировали с помощью сканирующего (растрового) электронного микроскопа. Как оказалось, изначально нанотрубки распределяются по подложке неравномерно, формируя скопления. При деформации эти группы начинают разбиваться, но длинные и тонкие нанотрубки образуют соединения между ними. Упомянутые скопления не исчезают полностью, но становятся менее плотными; это позволяет пленке сохранить проводимость. Аналогичным образом объясняется размытие изображения (нанотрубки распространяются по поверхности и более активно поглощают и рассеивают свет), а изменение цвета материала происходит в результате его утончения.

По словам исследователей, такого рода пленки можно сделать еще более устойчивыми к деформации, если разработать способ равномерного распределения их по подложке или нанести поверх них защитное покрытие, которое будет «заполнять» образующиеся микротрещины.