Техника киригами позволила создать эластичные биосенсоры из жестких материалов

Yusuke Morikawa et al. / Advanced Healthcare Materials, 2017

Исследователи разработали технологию создания растягивающихся сенсоров, основанная на технике киригами. Такое строение позволяет получать из материалов с низкой эластичностью устройства, растягивающиеся в несколько раз, сообщается в исследовании, опубликованном в журнале Advanced Healthcare Materials.

Существует множество прототипов растягивающихся электронных устройств, например, датчиков растяжения, давления или опасных веществ. Практически все они обладают существенным недостатком — они основаны на сильно растягивающихся материалах, а металл в таких устройствах использовать сложно.

Исследователи под руководством Такеши Кавано (Takeshi Kawano) из Технологического университета Тоёхаси решили создать небольшие растягивающиеся биосенсоры. Для этого они использовали японскую технику киригами, которая позволяет с помощью надрезов и складывания создавать из плоских листов сложные объемные конструкции. Ученые использовали один из известных узоров: изначально он представляет собой единый лист, в котором делаются параллельные надрезы. Если после этого потянуть за оба конца такого листа, то его части начнут поворачиваться относительно плоскости листа, но оставаться параллельными друг другу. Особенность такой техники заключается в том, что она позволяет создавать сильно растягивающиеся конструкции из слабо растягивающихся материалов.

Исследователи использовали такую технику для создания сенсоров из полимеров и металлов. Сначала на кремниевой подложке создается слой парилена, на который наносятся двухслойные электроды из платины и титана. Затем на него наносится другой слой парилена, после чего в трехслойном листе с помощью титанового трафарета вытравливаются надрезы и контактные площадки электродов. Таким образом исследователи смогли создать из плохо растягивающихся материалов лист, не рвущийся при растяжении в несколько раз.

Ученые провели несколько тестов этих сенсоров на мышах. В частности, они использовали их для электрокортикографии, в которой активность коры головного мозга считывается с электродов, прикрепляемых непосредственно к мозгу. Также исследователи прикрепили такой электрод к сердцу мыши и сняли с него электрокардиограмму. Помимо этого исследователи предложили использовать такие листы в качестве сенсоров растяжения. Принцип их действия основан на том, что при сильном растяжении (600-700 процентов) их сопротивление возрастает.

Ранее технику киригами применяли и в других научных работах, например, для создания растягиваемых аккумуляторов и пружин из графена. А китайско-американская группа ученых разработала метод создания разных трехмерных микрообъектов с помощью этой техники.

Григорий Копиев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.