Блог компании ua-hosting.company. В последние годы появилось немало устройств, которые относятся к носимой электронике. Для многих из них важным фактором производительности является контакт с кожей пользователя, особенно если речь идет о медицинских устройствах. Как правило, между электродами такого устройства и кожей человека имеется промежуточный адгезионный слой — подложка. К числу важных характеристик этого слоя относится гибкость, удобство, прочность, возможность стерилизации и повторного использования, адгезионные свойства, воздухопроницаемость и экологичность.

Список явно немаленький. Имеющиеся на данный момент подложки могут соответствовать нескольким из перечисленных требований, но не всем сразу. Ученые из университета Осаки (Япония) разработали новый тип подложки из целлюлозы, который может соответствовать всем необходимым стандартам для носимой электроники. Из чего именно сделана новая подложка, каковы ее характеристики, и как она влияет на работу носимой электроники? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

Кожа представляет собой идеальную платформу для доступа к многочисленным электрофизиологическим сигналам, генерируемым в организме человека, которые важны для диагностики физиологического состояния человека. Потому в рамках носимой электроники большое внимание уделяется именно передаче электрофизиологических сигналов с поверхности кожи на устройство, что осуществляется посредством прикрепляемых электродов.

Для повышения эффективности передачи сигналов и для более комфортного использования носимой электроники были разработаны функциональные подложки, в том числе ультратонкие, растворимые, воздухопроницаемые и клейкие. Для этого использовались различные материалы: парилен, полиэстер и полиимид, поливиниловый спирт, полиамид, полиуретан и т. д.

Однако большинство разработанных подложек обладают рядом недостатков. К примеру, возможность повторного использования обозначает, что подложка должна быть достаточно прочная. А это влияет на удобство использования и стоимость производства. Стерилизация для повторного использования сопряжена с воздействием высоких температур (до 160 °C) или с обработкой органическими растворителями (например, этанол и надуксусная кислота). Но далеко не все материалы подложек способны выдержать такое воздействие.

Для достижения всех необходимых характеристик подложки (механическая прочность, стерилизуемость, устойчивость, биоразлагаемость, адгезия к коже, воздухопроницаемость и совместимость) ученые предлагают использовать в качестве основного материала целлюлозу, полученную из древесины.

Бумага из нановолокна целлюлозы, называемая нанобумагой, обладает многими привлекательными характеристиками, включая распространенность, устойчивость, биоразлагаемость, высокое оптическое пропускание, высокую механическую прочность и гибкость, высокую термическую стабильность, высокую стойкость к органическим растворителям и высокую гладкость поверхности. Это делает ее идеальным материалом подложки для носимой электроники.

Хотя эти характеристики подложки из нанобумаги впечатляют, разработка наносимой на кожу электроники на основе нанобумаги является сложной задачей из-за ограниченного прогресса в обеспечении воздухопроницаемость и адгезионных свойств. Для электронных устройств поверхность подложек из нанобумаги должна быть достаточно гладкой, чтобы можно было установить электроды и эффективно передавать электрические сигналы. Однако нанобумага с очень гладкой поверхностью имеет плотно упакованную структуру, что ограничивает ее воздухопроницаемость. Следовательно, необходимо разработать основу из нанобумаги, которая обладает адгезией к коже и воздухопроницаемостью, а также позволяет устанавливать электроды для эффективной передачи электрических сигналов.

В рассматриваемом нами сегодня труде ученые описывают процесс изготовления воздухопроницаемой нанобумаги с отличными адгезионными свойствами, обладающая настраиваемой наноструктурой.