Инженеры создали полностью состоящие из нитей транзисторы и электронные устройства

Команда инженеров из Университета Тафтса разработали транзистор из льняных волокон. Он позволил изготовить электронику, состоящую только из тонких нитей, которую можно вплести в ткань и, теоретически, имплантировать для диагностического наблюдения.

Результаты исследования опубликованы в ACS Applied Materials and Interfaces, сообщает sciencedaily.com. Команда описала процесс изготовления полностью нитяных транзисторов, которые можно внедрить в простые логические микросхемы. Они заменят последние жесткие компоненты многих существующих гибких устройств. В сочетании с нитяными датчиками, транзисторы позволят создать полностью эластичные, мультиплексные системы.

Ранее команда инженеров из Тафтса создала костюм с нитяными оптическими сенсорами, датчиками температуры, глюкозы, напряжения. Изделие включало микрожидкостные волокна, способные собирать образцы или доставлять препараты в окружающие ткани. Новые нитяные транзисторы позволяют создавать логические цепи, управляющие поведением и реакцией этих компонентов. Авторы изготовили простую мелкомасштабную интегрированную схему, мультиплексор (MUX), и соединили ее с массивом нитяных датчиков, выявляющим ионы натрия и аммония. Вещества являются важными биомаркерами здоровья сердечно-сосудистой системы, печени, почек.

«Лабораторные опыты показали, как устройство следит за изменениями концентрации калия и аммония на многих участках, — сказала Рейчел Оуён, первый автор работы. – Теоретически, мы можем масштабировать интегрированные схемы для крепления к большим массивам датчиков, следящих за различными биомаркерами по всему организму с помощью одного устройства».

Для изготовления транзисторов льняные волокна покрывают углеродными нанотрубками, создающими полупроводниковую поверхность для транспорта электронов. К нитке крепятся 2 тонких золотых провода. Они выполняют роль источника электронов и дренажа, по которому они выходят. Третий провод, названный воротами, подсоединен к окружающему волокно материалу. Незначительные изменения напряжения на нем позволяют мощному току проходить по нити между золотыми элементами.

Инновацией исследования стало использование геля с электролитом в качестве окружения для нитки. В этом случае материал сделан из наночастиц кремния, самостоятельно собирающихся в сетевую структуру. Электролитический гель (ионогель) можно легко распределять по нити. В отличие от твердых материалов, он устойчив к сгибанию и растяжению.

«Создание транзисторов – важный шаг к полностью гибкой электронике. Теперь мы можем переключиться на улучшение дизайна и производительности устройств, — сказал профессор Самир Сонкусале, ответственный автор работы. – Системы подходят для многих медицинских задач, где требуется наблюдение в реальном времени».