美國塔夫茨大學(xué)官網(wǎng)近日發(fā)布公告稱，該校研究人員開發(fā)出一種由亞麻纖維制成的晶體管，利用這些晶體管制成的全柔性電子器件可編織成織物佩戴在皮膚上，甚至(理論上)可通過外科手術(shù)植入體內(nèi)進(jìn)行診斷監(jiān)測。相關(guān)成果發(fā)表于《美國化學(xué)會—應(yīng)用材料與界面》雜志。

研究人員表示，新設(shè)計的晶體管可制成簡單的、基于纖維的邏輯電路和集成電路。這些電路將取代目前眾多柔性電子器件中最后剩余的剛性組件，與基于纖維的傳感器結(jié)合使用，可創(chuàng)建出全柔性多路復(fù)用設(shè)備。這種全柔性電子器件可實現(xiàn)適應(yīng)不同形狀的各種應(yīng)用，并允許自由移動而不影響功能。

目前大多數(shù)柔性電子器件通過將金屬和半導(dǎo)體圖案化為可彎曲的“波浪”結(jié)構(gòu)或使用導(dǎo)電聚合物等自柔性材料來實現(xiàn)靈活性，以與嵌入它們的生物組織(皮膚、心臟甚至腦組織)相適應(yīng)。

實驗中，研究人員利用基于纖維的晶體管創(chuàng)建了一個簡單的小型集成電路，并將其連接到基于纖維的傳感器陣列，監(jiān)測了多個部位的鈉和銨離子(心血管健康、肝臟和腎臟功能的重要生物標(biāo)志物)濃度變化。

本研究中的一項重要創(chuàng)新是使用注入電解質(zhì)的凝膠作為纖維周圍的材料并連接到柵極線。凝膠由二氧化硅納米粒子組成，其可自組裝成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。電解質(zhì)凝膠可通過浸漬涂布或快速擦拭輕松地沉積在纖維上。與用作經(jīng)典晶體管中柵極材料的固態(tài)氧化物或聚合物相比，電解質(zhì)凝膠在拉伸或彎曲下具有彈性。

研究人員表示，與基于聚合物和其他柔性材料的電子產(chǎn)品相比，基于纖維的電子產(chǎn)品具有出色的靈活性、材料多樣性以及無需潔凈室即可生產(chǎn)的能力。未來，基于纖維的電子診斷器件可做到非常薄、柔軟和柔韌，足以與其測量的生物組織無縫集成，從而使病人幾乎注意不到。