Ultrastrækbare og deformerbare bioprober ved hjælp af Kirigami-design

Et forskerhold i Department of Electrical and Electronic Information Engineering og Electronics-Inspired Interdisciplinary Research Institute (EIIRIS) ved Toyohashi University of Technology har udviklet en ultrastrækbar bioprobe ved hjælp af Kirigami-design. Den Kirigami-baserede bioprobe gør det muligt for forskere at følge formen af ​​sfæriske og store deformerbare biologiske prøver såsom hjerte- og hjernevæv. Ud over, dens egenskab med lav belastningskraft reducerer kraften induceret på organer, derved muliggør minimalt invasiv biologisk signalregistrering. Resultaterne af deres forskning vil blive offentliggjort i Avancerede sundhedsmaterialer den 8. december, 2017.

Høj strækbarhed og deformerbarhed er lovende egenskaber til at øge anvendelsen af ​​fleksibel filmelektronik, herunder sensorer, aktuatorer, og energihøstere. I særdeleshed, de har et stort potentiale for anvendelser relateret til tredimensionelle bløde biologiske prøver såsom organer og væv, der udviser store og hurtige ændringer i deres overfladeareal og volumen (f.eks. et bankende hjerte). Imidlertid, konventionelle elastomerbaserede strækbare enheder kræver en stor belastningskraft for at strække den, der opstår fra en iboende materiel egenskab. Dette gør det umuligt at følge deformationen af ​​blødt biologisk væv, derved forhindres naturlig deformation og vækst. For enhedsapplikationer, der vedrører bløde biologiske prøver, det er ekstremt vigtigt at reducere de strækbare enheders karakteristiske trækkraft for at opnå lav invasivitet og sikre målinger.

Et forskerhold i Department of Electrical and Electronic Information Engineering og EIIRIS ved Toyohashi University of Technology har udviklet en ultrastrækbar bioprobe ved hjælp af Kirigami-design.

"For at realisere den ultrastrækbare bioprobe med lav belastningskraft karakteristik, vi brugte et Kirigami-design som enhedsmønster. Det bemærkelsesværdige træk ved Kirigami er, at stive og ustrækbare materialer kan gøres mere strækbare sammenlignet med andre elastomerbaserede strækbare materialer. Strækmekanismen er baseret på en bøjning ud af planet af den tynde film i stedet for strækning af materialet; derfor, belastnings-stress-karakteristikken er ekstremt lav sammenlignet med elastomer-baserede strækbare enheder, " forklarer artiklens første forfatter, Ph.D. kandidat Yusuke Morikawa.

Lederen af ​​forskergruppen, Lektor Takeshi Kawano, sagde, "Idéen spirede i mit sind en morgen, da jeg vågnede og så min søn lege med Origami og Kirigami. Jeg så ham indse papirets høje strækbarhed, mens han skabte Kirigami-designene. Dette fik mig til at spekulere på, om det er muligt at udvikle strækbar elektronik ved at bruge begrebet Kirigami. Overraskende nok, vores foreløbige undersøgelser af Kirigami-baserede parylenfilm ved hjælp af mikroelektromekanisk systemteknologi udviste høj strækbarhed på 1, 100 %. Ud over, vi er ekstremt begejstrede for, at de fremstillede Kirigami-baserede bioprober har de tydelige fordele ved høj strækbarhed og deformerbarhed, og er i stand til at optage biologiske signaler fra den kortikale overflade og det bankende hjerte på en mus."

Forskerholdet mener, at de Kirigami-baserede bioprober også kan bruges til at sondere væv og organer, der udviser tidsafhængige ændringer i deres overflade og volumen på grund af vækst eller sygdom. Dette forventes at føre til den endelige realisering af en helt ny målemetode, der kan være medvirkende til at forstå de mekanismer, der styrer vækst og sygdomme som Alzheimers.