Kontaktlinser kombinerer plast og aktiv elektronik via 3-D print

(Phys.org) —Som en del af et projekt, der demonstrerer nye 3D-printteknikker, Princeton-forskere har indlejret bittesmå lysemitterende dioder i en standard kontaktlinse, tillader enheden at projicere stråler af farvet lys.

Michael McAlpine, den ledende forsker, advarede om, at objektivet ikke er designet til faktisk brug - for en, det kræver en ekstern strømforsyning. I stedet, han sagde, at holdet skabte enheden for at demonstrere evnen til at "3-D-printe" elektronik i komplekse former og materialer.

"Dette viser, at vi kan bruge 3D-print til at skabe kompleks elektronik, herunder halvledere, " sagde McAlpine, en assisterende professor i mekanik og rumfartsteknik. "Vi var i stand til at 3-D-printe en hel enhed, i dette tilfælde en LED."

Den hårde kontaktlinse er lavet af plastik. Forskerne brugte små krystaller, kaldet kvanteprikker, at skabe de LED'er, der genererede det farvede lys. Prikker i forskellige størrelser kan bruges til at generere forskellige farver.

"Vi brugte kvanteprikkerne [også kendt som nanopartikler] som blæk, " sagde McAlpine. "Vi var i stand til at generere to forskellige farver, orange og grøn."

Kontaktlinsen er også en del af en løbende indsats for at bruge 3-D-print til at samle forskellige, og ofte svære at kombinere, materialer til fungerende enheder. I den seneste tid, et hold Princeton-professorer inklusive McAlpine skabte et bionisk øre af levende celler med en indbygget antenne, der kunne modtage radiosignaler.

Yong Lin Kong, en forsker på begge projekter, sagde det bioniske øre præsenterede en anden type udfordring.

"Hovedfokuset for det bioniske øre-projekt var at demonstrere sammensmeltningen af ​​elektronik og biologiske materialer, " sagde Kong, en kandidatstuderende i maskin- og rumfartsteknik.

Kong, hovedforfatteren til artiklen den 31. oktober, der beskriver det aktuelle arbejde i tidsskriftet Nano bogstaver , sagde, at kontaktlinseprojektet, på den anden side, involveret trykning af aktiv elektronik ved brug af forskellige materialer. Materialerne var ofte mekaniske, kemisk eller termisk uforenelig - f.eks. Brug af varme til at forme et materiale kan utilsigtet ødelægge et andet materiale i umiddelbar nærhed. Holdet skulle finde måder at håndtere disse inkompatibiliteter og skulle også udvikle nye metoder til at printe elektronik, i stedet for at bruge de teknikker, der almindeligvis anvendes i elektronikindustrien.

"For eksempel, det er ikke trivielt at mønstre en tynd og ensartet belægning af nanopartikler og polymerer uden involvering af konventionelle mikrofremstillingsteknikker, alligevel er tykkelsen og ensartetheden af ​​de trykte film to af de kritiske parametre, der bestemmer ydeevnen og udbyttet af den trykte aktive enhed, " sagde Kong.

For at løse disse tværfaglige udfordringer, forskerne samarbejdede med Ian Tamargo, der dimitterede i år med en bachelorgrad i kemi; Hyoungsoo Kim, en postdoktoral forskningsmedarbejder og væskedynamikekspert i afdelingen for mekanisk og rumfartsteknik; og Barry Rand, en adjunkt i elektroteknik og Andlinger Center for Energi og Miljø.

McAlpine sagde, at en af ​​3-D-prints største styrker er dens evne til at skabe elektronik i komplekse former. I modsætning til traditionel elektronikfremstilling, som bygger kredsløb i flade samlinger og derefter stabler dem i tre dimensioner, 3-D-printere kan skabe lodrette strukturer lige så nemt som vandrette.

"I dette tilfælde, vi havde en terning af LED'er, " sagde han. "Nogle af ledningerne var lodrette og nogle var vandrette."

For at udføre undersøgelsen, holdet byggede en ny type 3-D-printer, som McAlpine beskrev som "et sted mellem hyldevare og virkelig fancy." Dan Steinart, en assisterende professor i mekanik og rumfartsteknik og Andlinger Center, hjalp med at designe og bygge den nye printer, som McAlpine anslåede koste i nærheden af ​​$20, 000.

McAlpine sagde, at han ikke forestiller sig, at 3-D-print erstatter traditionel fremstilling inden for elektronik på det nærmeste; i stedet, de er komplementære teknologier med meget forskellige styrker. Traditionel fremstilling, som bruger litografi til at skabe elektroniske komponenter, er en hurtig og effektiv måde at lave flere kopier med en meget høj pålidelighed. Producenter bruger 3D-print, som er langsom, men nem at ændre og tilpasse, at skabe forme og mønstre til hurtig prototyping.

Primære anvendelser til 3-D-print er situationer, der kræver fleksibilitet, og som skal skræddersyes til en specifik anvendelse. For eksempel, Konventionelle fremstillingsteknikker er ikke praktiske for medicinsk udstyr, der skal passe til en patients særlige form, eller udstyr, der kræver blanding af usædvanlige materialer på skræddersyede måder.

"At prøve at printe en mobiltelefon er nok ikke vejen at gå, " sagde McAlpine. "Det er tilpasning, der giver kraften til 3D-udskrivning."

I dette tilfælde, forskerne var i stand til at tilpasse 3-D print elektronik på en kontaktlinse ved først at scanne linsen, og føre den geometriske information tilbage til printeren. Dette muliggjorde konform 3D-print af en LED på kontaktlinsen.