Es wurde lösliche Elektronik geschaffen, die für die Implantation geeignet ist. Kostenlose Neuigkeiten aus der technischen Bibliothek

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Lösliche Elektronik geeignet zur Implantation erstellt

06.10.2012

Amerikanische Bioingenieure haben gelernt, wie man "lösliche" elektronische Implantate herstellt, die direkt im Körper zerstört werden können, ohne auf einen chirurgischen Eingriff zurückzugreifen, und haben Anweisungen zum Zusammenbau solcher Geräte in einem Artikel in der Zeitschrift Science veröffentlicht. Ingenieure der Tufts University und der University of Illinois haben eine Methode entwickelt, um auflösbare Elektronik herzustellen – Geräte, die nach einiger Zeit nach der Implantation zerfallen und von selbst aus dem Körper ausgeschieden werden.

Naturseide wurde zur Grundlage löslicher elektronischer Geräte. Zuvor lernten die Autoren der Studie, wie man daraus dünne Platten herstellt, die als Substrat für Drähte und Mikrochips dienen könnten. Durch Variieren der Dicke und Dichte der Seide konnten die Ingenieure die Auflösungsgeschwindigkeit des Geräts im Körper steuern. Um Drähte herzustellen, schlugen Ingenieure vor, metallisches Magnesium zu verwenden. Aufgrund seiner hohen Reaktivität wird es in der Elektronik praktisch nicht verwendet. Für die Herstellung löslicher Vorrichtungen erwies sich die Reaktivität jedoch als Vorteil. Aus diesem Grund oxidieren dünne Metallfilme unter der Einwirkung von Wasser im Laufe der Zeit und verwandeln sich in Ionen.

Als Halbleiter verwendeten die Autoren gewöhnliches Silizium. Ingenieure haben gezeigt, dass sich seine eher dünnen Platten in Gewässern relativ schnell auflösen. Beispielsweise löste sich bei einer Dicke von 100 nm ein von Ingenieuren verwendeter Siliziumwafer mit einer Geschwindigkeit von 4,5 nm pro Tag auf.

Rogers und seine Kollegen versuchen seit Jahren, das perfekte Rezept zum Auflösen von Elektronik zu finden, indem sie mit verschiedenen organischen und anorganischen Verbindungen experimentieren. Wie Wissenschaftler anmerken, sollten alle Komponenten einer solchen Elektronik - isolierende Substrate, Leiter und Halbleiter - frei aus dem Körper ausgeschieden werden, ohne ihn zu schädigen. Außerdem muss das fertige Gerät flexibel und kompakt genug sein, um erfolgreich unter die Haut oder in andere Teile des menschlichen Körpers implantiert zu werden.

Reines Magnesium und seine Oxide werden als „Baustoff“ für leitende Elektroden und als dielektrisches Substrat für Transistoren verwendet. Die dünnsten Siliziumstreifen sind für den Betrieb von Transistoren und anderen Halbleiterbauelementen erforderlich, darunter Temperatursensoren, mikroskopische Fotosensoren und Kameras. Moleküle des Biopolymers, das die Grundlage von Seide bildet, dienen als flexible und lösliche Hülle des Geräts.

Bioingenieure glauben, dass die Verwendung solcher Geräte nicht auf Medizin und tragbare Elektronik beschränkt ist. Insbesondere Mobiltelefone und andere tragbare elektronische Geräte, die auf löslichen Bestandteilen basieren, können entsorgt werden, indem sie im Boden vergraben oder in Wasser aufgelöst werden.

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Die Bedrohung des Erdmagnetfeldes durch Weltraummüll 01.05.2024

Immer häufiger hören wir von einer Zunahme der Menge an Weltraummüll, der unseren Planeten umgibt. Zu diesem Problem tragen jedoch nicht nur aktive Satelliten und Raumfahrzeuge bei, sondern auch Trümmer alter Missionen. Die wachsende Zahl von Satelliten, die von Unternehmen wie SpaceX gestartet werden, schafft nicht nur Chancen für die Entwicklung des Internets, sondern auch ernsthafte Bedrohungen für die Weltraumsicherheit. Experten richten ihre Aufmerksamkeit nun auf die möglichen Auswirkungen auf das Erdmagnetfeld. Dr. Jonathan McDowell vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics betont, dass Unternehmen rasch Satellitenkonstellationen aufbauen und die Zahl der Satelliten im nächsten Jahrzehnt auf 100 ansteigen könnte. Die schnelle Entwicklung dieser kosmischen Satellitenarmadas kann zu einer Kontamination der Plasmaumgebung der Erde mit gefährlichen Trümmern und einer Gefahr für die Stabilität der Magnetosphäre führen. Metallabfälle von gebrauchten Raketen können die Ionosphäre und Magnetosphäre stören. Beide Systeme spielen eine Schlüsselrolle beim Schutz und der Erhaltung der Atmosphäre ... >>

Verfestigung von Schüttgütern 30.04.2024

In der Welt der Wissenschaft gibt es viele Geheimnisse, und eines davon ist das seltsame Verhalten von Schüttgütern. Sie verhalten sich möglicherweise wie ein Feststoff, verwandeln sich aber plötzlich in eine fließende Flüssigkeit. Dieses Phänomen hat die Aufmerksamkeit vieler Forscher auf sich gezogen, und wir könnten der Lösung dieses Rätsels endlich näher kommen. Stellen Sie sich Sand in einer Sanduhr vor. Normalerweise fließt es frei, aber in manchen Fällen bleiben seine Partikel stecken und verwandeln sich von einer Flüssigkeit in einen Feststoff. Dieser Übergang hat wichtige Auswirkungen auf viele Bereiche, von der Arzneimittelproduktion bis zum Bauwesen. Forscher aus den USA haben versucht, dieses Phänomen zu beschreiben und seinem Verständnis näher zu kommen. In der Studie führten die Wissenschaftler Simulationen im Labor mit Daten aus Beuteln mit Polystyrolkügelchen durch. Sie fanden heraus, dass die Schwingungen innerhalb dieser Sätze bestimmte Frequenzen hatten, was bedeutete, dass sich nur bestimmte Arten von Schwingungen durch das Material ausbreiten konnten. Erhalten ... >>

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Graphen auf Platinoberflächen widerspricht dem Coulombschen Gesetz 01.02.2023

Forscher aus Basel und Tel Aviv haben herausgefunden, dass sich die Reibung in bestimmten Graphenstrukturen auf Platinoberflächen mit der Geschwindigkeit ändert und damit gegen das Coulombsche Gesetz verstößt, das besagt, dass Reibung im Makrokosmos unabhängig von der Geschwindigkeit ist.

Materialien, die aus einzelnen Atomschichten hergestellt werden, werden wegen ihrer geringen Reibung sehr geschätzt, was nützlich ist, um die Reibung auf Festplatten oder beweglichen Teilen von Satelliten oder Weltraumteleskopen zu reduzieren. Graphen besteht aus einer einzelnen Schicht von Kohlenstoffatomen, die wie eine Wabe angeordnet sind, und ist ein Paradebeispiel, das auf sein Potenzial als Schmierschicht getestet wird. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass Graphenband fast ohne Reibung über eine Goldoberfläche gleiten kann.

Wird Graphen auf eine Platinoberfläche aufgetragen, hat dies einen deutlichen Einfluss auf die gemessenen Reibungskräfte. Nun haben Physiker der Universitäten Basel und Tel Aviv herausgefunden, dass die Reibung in diesem Fall von der Geschwindigkeit abhängt, mit der sich die Spitze des Rasterkraftmikroskops über die Oberfläche bewegt. Diese Schlussfolgerung war überraschend, da Reibung nach dem im Makrokosmos angewandten Coulombschen Gesetz nicht von der Geschwindigkeit abhängt.

In Kombination mit einem Platinsubstrat bildet Graphen nicht mehr nur eine hexagonale Wabenstruktur aus Kohlenstoffatomen, sondern Überstrukturen, sogenannte Moiré-Übergitter. Dann ist die Oberfläche nicht mehr absolut eben und weist eine gewisse Rauhigkeit auf.

„Bewegen wir die AFM-Spitze mit geringer Geschwindigkeit über diese leicht geriffelte Oberfläche, messen wir eine schwache und nahezu konstante Reibungskraft“, erklärt Prof. Ernst Mayer vom Swiss Institute for Nanoscience und dem Departement Physik der Universität Basel. „Aber oberhalb einer bestimmten Schwelle nimmt die Reibung mit der Rate der AFM-Spitze zu“, fügt der Erstautor Dr. Yiming Song hinzu. "Je größer der Moiréaufbau, desto niedriger ist die Schwelle, bei der die Reibung geschwindigkeitsabhängig wird."

Die Forscher fanden heraus, dass auf den Graten der Moiré-Überstrukturen mehr Widerstand vorhanden ist, wenn sich die Spitze bewegt. Diese Rippen erfahren durch die Druckspitze eine elastische Verformung, bevor sie sich wieder entspannen, wenn der Druck hoch genug ist. Dieser Effekt führt zu großen Reibungskräften, die mit der Spitzengeschwindigkeit zunehmen. Simulation und Analysemodell bestätigen die experimentellen Ergebnisse dieses internationalen Forscherteams.

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