پژوهشگران «دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی» با یک طراحی برچسب الکترونیکی از جنس مواد پایدار و قابل بازیافت سعی دارند با مشکل روبه‌رشدهای الکترونیکی مقابله کنند.
به گزارش ایسنا، طراحی با طراحی‌های پوشیدنی که کاملاً از مواد پایدار ساخته شده‌اند، با مشکل روبه‌رشدهای الکترونیکی مقابله می‌کنند.
به نقل از ادنوسد سایت نیوز، منابع الکترونیکی یک تهدید دائمی برای سلامتی و محیط زیست هستند و نگرانی‌های عمومی پیرامون توده‌های پلاستیک‌ها به وزن‌ها پوند است که سالانه‌های اقیانوس‌ها را می‌ریزند. فلزات سنگین و سایر مواد سمی از زباله‌های الکترونیکی نیز از محل‌های دفن به محیط زیست می‌رسند و این مشکل را تشدید می‌کنند.
پژوهشگران «دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی» (NC State) می‌گویند، دستگاه‌هایی که می‌توانند به طور قابل‌توجهی بازیافت و تجزیه و تحلیل زیستی داشته باشند، نادر هستند. تجهیزات الکترونیکی که برای متلاشی و حل شدن در پایان عمر طراحی شده‌اند، تا حدودی این مشکل را حل می‌کنند اما اجزای عملکردی آنها مانند بردهای معمولی نه زیست‌تخریب‌پذیر هستند و نه قابل بازیافت هستند.
برچسب پوشیدنی پایدار
گروه پژوهشی دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی با طراحی یک برچسب الکترونیکی پوشیدنی که می‌تواند به صورت هم‌زمان کمپوست و بازیافت شود، سعی می‌کند با این مشکل مقابله کند. دستگاهی که زیرلایه نام دارد، از یک ماده زیست‌تخریب‌پذیر ساخته شده است. در حالی که مدار الکتریکی از نانوسیم‌های نقره قابل بازیافت تشکیل شده است. این راهبرد می‌تواند جلوی دست دادن فلزات کمیاب را بگیرد و معمولاً در دستگاه‌های الکترونیکی پیدا می‌شوند.
«یونگ ژو» (Yong Zhu) استاد دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی و از سازندگان این فناوری گفت: برچسب های الکترونیکی را پس از توسعه بیشتر می توان برای انواع مختلفی از کاربردها مانند نظارت بر سلامتی انسان، منسوجات الکترونیکی، نظارت بر عملکرد ورزشی، ربات های نرم افزاری ، پروتز و ارتباط های انسان و ماشین استفاده کرد.
«اورلین ولو»(Orlin Velev) استاد دپارتمان مهندسی شیمی و بیومولکولی در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی گفت: ما کار خود را با ساخت بسترهایی به شکل لایه‌های ژل حاوی پلیمر زیستی «آگارز» (Agarose) اصلاح‌شده با گلی سیرین و سپس، چاپ الگوهای نانوسیم نقره رسا روی لایه ژل آگارز/گلیسیرین با استفاده از چاپ روی صفحه آغاز شد.
ولو، ژو و گروه آنها این برچسب الکترونیکی پایدار را به عنوان یک حسگر الکتروفیزیولوژیک آزمایش کردند. زمانی که الکترودهای نانوسیم نقره روی دست یا ساعد قرار می گیرد، سیگنال های الکتروکاردیوگرام و الکترومیوگرافی را به خوبی الکترود ژل تشخیص تشخیص داده اند. حتی زمانی که پوست کشیده، فشرده و پیچ خورده بود، آنها کار خود را درست انجام دادند. پژوهشگران، دلیل عملکرد دستگاه را سازگاری و کشش عالی آن می‌دانند.
گلیسیرین به عنوان یک نرم‌کننده عمل می‌کند، پذیرنده آگارز را می‌دهد و در عین حال، آن را می‌کند. پژوهشگران گزارش دادند که گلیسیرین، قابلیت کشش لایه را از ۲۴.۸ درصد به ۶۸.۱ درصد می‌دهد. این درجه از درجه قبولی برای ساخت دستگاهی که روی پوست پوشیده می شود، نیاز است.
در سطح مولکولی، شبکه پیوندهای هیدروژنی که بین آگارز و گلی سیرین تشکیل می شود، مسئول افزایش کشش دستگاه است. این فعل و انفعالات بین هیدروژن و نانو، از انتشار ترک‌ها در طول کشش جلوگیری می‌کند.
دفع دستگاه و معایب آن
پژوهشگران ادعا می‌کنند که مصرف‌کننده می‌توانند با خیال راحت این برچسب‌های الکترونیکی را دور بریزد. لایه‌های ژل آگارز/ گلیسیرین پس از کمپوست‌سازی تجزیه می‌شوند و نانوسیم‌های نقره، بزرگی برای محیط زیست ایجاد نمی‌شوند. با وجود این، دستگاه را می‌توان به دور انداخت اما نانوسیم‌ها در حالت ایده‌آل بازیابی می‌شوند و استفاده مجدد از آن می‌گیرند.
ژو گفت: پس از معرفی گزینه‌هایی برای جمع‌آوری و بازیافت دستگاه‌ها، می‌توان آنها را در یک مخلوط میکروبی یک کمپوست تجاری فعال‌کننده غوطه‌ور کرد. دستگاه پس از ۶ روز با این روش به طور کامل تجزیه و تحلیل می‌شود. نانوسیم‌های نقره را می‌توان پس از تجزیه زیستی زیرلایه‌های آگارز/گلیسیرین جمع‌آوری کرد و دوباره مورد استفاده داد.
نمونه فعلی این فناوری، معایبی نیز دارد که از جمله آنها می‌توانم گلیسیرین را از لایه، در صورت تماس بلندمدت با آب اشاره کرد. محققان معتقدند که یک پژوهشگر با وزن مولکولی احتمالاً می تواند این مشکل را حل کند. ولو توضیح داد: اساسا هرچه وزن مولکولی بیشتر باشد، کمتری برای انتشار از طریق ماتریس آگارز و شست‌وشو وجود دارد.
دیگر مربوط به میزان فشاری است که مدارها می‌توانند تحمل کنند. ولو در مورد این موضوع توضیح داد: لایه‌های پلاستیکی بسیار نرم و قابل انبساط هستند اما مدارهای چاپی بالای آنها، محدودیت‌هایی را برای انبساط یافتن دارند. مدارهای نانوسیم چاپی می‌توانند انبساط را نسبت به نسخه‌های دیگری که روی پوست قسمت‌های بدن بیشتر می‌گیرند، تحمل کنند.
برای کمک کردن به محافظت از الگوی رسانا روی لایه، یک مانع بیرونی را نیز می‌توان کرد. ژو گفت: پایداری الکترومکانیکی الکترودهای نانوسیم نقره چاپی را نیز می‌توان با افزودن یک لایه از ژل بیوپلیمر به دستگاه بهبود بخشید.
پژوهشگران در مقاله این پروژه توضیح دادند که آنها این ویژگی را به منظور نظارت بر فیزیولوژیکی که در آن الکترودها باید به طور مستقیم با آنها تماس بگیرند، حذف کردند، اما در آینده، این اصلاح می‌تواند برچسب را برای سایر برنامه‌ها اعمال کند.
ولو گفت: ما در این مرحله به دنبال پوشیدنی‌های کاربردی بتنی نیستیم، بلکه هدف ما اثبات این اصل است که چنین دستگاه‌های نرمی را می‌توان از مواد کاملاً پایدار ساخت.
این پژوهش در مجله «Advanced Electronic Materials» به چاپ رسید.
انتهای پیام