Transistor dan sirkuit terintegrasi yang terbuat dari ulir dikombinasikan dengan sensor berbasis ulir untuk membuat perangkat yang sepenuhnya fleksibel – Sains Terkini


Sebuah tim insinyur telah mengembangkan transistor yang terbuat dari benang linen, memungkinkan mereka untuk membuat perangkat elektronik yang seluruhnya terbuat dari benang tipis yang dapat ditenun menjadi kain, dikenakan pada kulit, atau bahkan (secara teoritis) ditanamkan secara operasi untuk pemantauan diagnostik. Perangkat elektronik yang sepenuhnya fleksibel dapat memungkinkan berbagai aplikasi yang sesuai dengan bentuk yang berbeda dan memungkinkan gerakan bebas tanpa mengganggu fungsi, kata para peneliti.

Dalam sebuah penelitian yang dipublikasikan di Bahan dan Antarmuka Terapan ACS, penulis menggambarkan rekayasa transistor berbasis benang pertama (TBT) yang dapat dibuat menjadi sederhana, semua sirkuit berbasis logika dan sirkuit terpadu. Sirkuit ini menggantikan komponen kaku terakhir yang tersisa dari banyak perangkat fleksibel saat ini, dan ketika dikombinasikan dengan sensor berbasis ulir, memungkinkan terciptanya perangkat yang sepenuhnya fleksibel dan multipleks.


Bidang elektronik fleksibel berkembang pesat, dengan sebagian besar perangkat mencapai fleksibilitas dengan memodelkan logam dan semikonduktor menjadi struktur "bergelombang" yang dapat ditekuk atau menggunakan bahan yang secara intrinsik fleksibel seperti melakukan polimer. Elektronik "lunak" ini memungkinkan aplikasi untuk perangkat yang sesuai dan meregang dengan jaringan biologis di mana mereka tertanam, seperti kulit, jantung atau bahkan jaringan otak.

Namun, dibandingkan dengan elektronik yang didasarkan pada polimer dan bahan fleksibel lainnya, elektronik berbasis benang memiliki fleksibilitas unggul, keanekaragaman material, dan kemampuan untuk diproduksi tanpa perlu ruang bersih, kata para peneliti. Elektronik berbasis benang dapat mencakup perangkat diagnostik yang sangat tipis, lunak, dan cukup fleksibel untuk diintegrasikan dengan jaringan biologis yang mereka ukur.

Para insinyur Tufts sebelumnya mengembangkan seperangkat suhu, glukosa, regangan, dan sensor optik berbasis benang, serta benang mikrofluida yang dapat menarik sampel dari, atau mengeluarkan obat ke, jaringan di sekitarnya. Transistor berbasis benang yang dikembangkan dalam penelitian ini memungkinkan pembuatan sirkuit logika yang mengontrol perilaku dan respons komponen-komponen tersebut. Para penulis membuat sirkuit terpadu skala kecil sederhana yang disebut multiplexer (MUX) dan menghubungkannya ke rangkaian sensor berbasis benang yang mampu mendeteksi ion natrium dan amonium – biomarker penting untuk kesehatan jantung, fungsi hati dan ginjal.

"Dalam percobaan laboratorium, kami dapat menunjukkan bagaimana perangkat kami dapat memantau perubahan konsentrasi natrium dan amonium di berbagai lokasi," kata Rachel Owyeung, seorang mahasiswa pascasarjana di Tufts University School of Engineering dan penulis pertama studi tersebut. "Secara teoritis, kita dapat meningkatkan sirkuit terintegrasi yang kami buat dari TBT untuk memasang sejumlah besar sensor yang melacak banyak biomarker, di banyak lokasi berbeda menggunakan satu perangkat."

Membuat TBT melibatkan pelapisan benang linen dengan karbon nanotube, yang menciptakan permukaan semikonduktor di mana elektron dapat melakukan perjalanan. Terlampir pada benang adalah dua kabel emas tipis – "sumber" elektron dan "tiriskan" tempat elektron mengalir keluar (dalam beberapa konfigurasi, elektron dapat mengalir ke arah lain). Kabel ketiga, disebut gerbang, dilekatkan pada bahan yang mengelilingi benang, sedemikian sehingga perubahan kecil dalam voltase melalui kawat gerbang memungkinkan arus besar mengalir melalui benang antara sumber dan tiriskan – prinsip dasar sebuah transistor.


Inovasi kritis dalam penelitian ini adalah penggunaan gel yang diinfuskan secara elektrolit sebagai bahan yang mengelilingi benang dan terhubung ke kawat gerbang. Dalam hal ini, gel terdiri dari partikel nano silika yang merakit diri menjadi struktur jaringan. Gel elektrolit (atau ionogel) dapat dengan mudah disimpan ke dalam benang dengan cara dip coating atau swabbing cepat. Berbeda dengan oksida solid-state atau polimer yang digunakan sebagai bahan gerbang pada transistor klasik, ionogel tahan terhadap peregangan atau pelenturan.

"Pengembangan TBT adalah langkah penting dalam membuat elektronik yang sepenuhnya fleksibel, sehingga sekarang kita dapat mengalihkan perhatian kita ke arah peningkatan desain dan kinerja perangkat ini untuk kemungkinan aplikasi," kata Sameer Sonkusale, profesor teknik elektro dan komputer di Tufts University School of Engineering dan penulis studi yang sesuai. "Ada banyak aplikasi medis di mana pengukuran biomarker secara real-time dapat menjadi penting untuk mengobati penyakit dan memantau kesehatan pasien. Kemampuan untuk sepenuhnya mengintegrasikan perangkat pemantauan diagnostik yang lunak dan lentur yang sulit diketahui pasien bisa sangat kuat."

Referensi:

Bahan disediakan oleh Universitas Tufts. Catatan: Konten dapat diedit untuk gaya dan panjangnya.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.