Биоразлагаемый датчик поможет контролировать организм

Новый биоразлогаемый датчик, который может помочь специалистам контролировать хронические заболевания легких, отек мозга и другие медицинские условия, разработан учеными Университета Коннектикута. Устройство безвредно и полностью растворяется в организме.

Маленький гибкий датчик изготовлен из материалов, которые уже используются в хирургических швах, костных трансплантатах и ​​медицинских имплантатах. Он предназначен для замены существующих имплантируемых датчиков,  имеющих потенциально токсичные компоненты. Современные датчики должны быть удалены после использования, что подвергает пациентов дополнительной инвазивной процедуре, увеличивая время восстановления и повышая риск заражения.

Поскольку новый датчик излучает небольшой электрический заряд при приложении давления к нему, устройство может быть использовано для обеспечения электрической стимуляции для регенерации тканей, говорят исследователи. Другие потенциальные применения включают мониторинг пациентов с глаукомой, сердечными заболеваниями и раком мочевого пузыря. Ведущий исследователь Тхань Дюк Нгуен говорит: «Мы очень рады, потому что впервые эти биосовместимые материалы были использованы таким образом. Медицинские датчики часто имплантируются непосредственно в мягкие ткани и органы. Извлечение их может нанести дополнительный ущерб. Мы знали, что если мы сможем разработать датчик, который не требует хирургического вмешательства, это будет действительно значительным».

Прототип имплантата состояит из тонкой полимерной пленки длиной пять миллиметров, шириной пять миллиметров и толщиной 200 микрометров. Датчик был имплантирован в живот мыши, чтобы контролировать скорость дыхания животного. Он излучал достоверные показания сокращений диафрагмы мыши, прежде чем разрушиться на отдельные органические компоненты. Чтобы убедиться в  безопасности устройства, исследователи имплантировали его в заднюю часть мыши, а затем следили за ответом иммунной системы. Результаты показали лишь незначительное воспаление после того, как датчик был вставлен, и окружающая ткань вернулась к нормальному состоянию после четырех недель.

Прибор состоит из двух слоев пьезоэлектрической пленки PLLA, зажатой между крошечными молибденовыми электродами, инкапсулированных слоями полимолочной кислоты PLA, биоразлагаемого продукта, обычно используемого для костных винтов и тканевых лесов. Молибден используется для сердечно-сосудистых стентов и имплантатов. Пьезоэлектрическая пленка PLLA излучает небольшой электрический заряд, когда к нему прикладывается даже самое маленькое давление. Эти небольшие электрические сигналы могут быть захвачены и переданы на другое устройство для проверки врачом.

Авторы утверждают, что показания датчика во время тестирования были равны показаниям существующих устройств и столь же надежны. Он способен захватывать широкий спектр физиологических давлений, а чувствительность можно отрегулировать, изменив количество слоев используемой PLLA и другие факторы. Конечной целью исследователей является разработка сенсорной системы, полностью биоразлагаемой в организме человека. «Для этого датчика много приложений.  например, его можно имплантировать в мозг. Мы можем использовать биоразлагаемые провода и помещать сопутствующую электронику вдали от тонкой ткани головного мозга, например, под кожей за ухом, подобно кохлеарному имплантату», — говорит Нгуен.

Органические светодиоды из ультра-тонкого волокна созданы корейскими инженерами

Эффективные органические светоизлучающие диоды (OLED) на основе ультра-тонкого волокна созданы командой инженеров Корейского института Науки и Технологий.

Авторы утверждают, что высокоэффективные устройства ОЛЕД, изготовленные по такой технологии, могут найти применение в носимых дисплеях. Существующие OLED из волокна показывают гораздо более низкую производительность по сравнению с устройствами, изготовленными на плоских подложках, что ограничивало их применение в носимых дисплеях.

В попытке решить эту проблему, ученые во главе с Kyung Cheol Choi разработали структуру органических светодиодов, совместимых с волокном, и использовали новую технику покрытия. С помощью этого метода, инженеры создали эффективные ОЛЕДы, которые имеют длительный срок службы и эквивалентны аналогам на плоских подложках. В ходе испытаний выяснилось, что они выдержают растягивающие напряжения до 4,3%, сохраняя при этом более 90% от их своей эффективности. Кроме того, светодиоды могут быть вплетены в текстиль и трикотажную одежду, без каких-либо проблем.

Кроме того, новая технология позволяет изготавливать OLED на волокнах с диаметрами тоньше человеческого волоса, что свидетельствует о масштабируемости предлагаемой схемы изготовления. «Существующие дисплеи с такими устройствами имеют ограничение  из-за их низкой производительности. Эта технология может изготовить высокопроизводительные органические светодиоды на волокнах. Простой и недорогой процесс открывает путь к коммерциализации этих устройств», добавил Choi.

Чувствительные датчики газа разработаны российскими технологами

Пористые кремниевые нанопроволочные массивы могут использоваться в высокочувствительных газовых сенсорах, выяснила команда Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова .  Такие устройства смогут обнаруживать присутствие токсичных и нетоксичных молекул газа в воздухе при комнатной температуре.

Принимая во внимание высокие уровни загрязнения окружающей среды в современном мире, экспертам важно разработать новые чувствительные приборы, способные точно и выборочно идентифицировать молекулы в газовой фазе. Это справедливо как для токсичных, так и для нетоксичных газов. В отличие от существующих регулирующих вентилей, как на http://npp-tp.ru/products/kip/gazoanalizatoryi/vspomogatelnoe-oborudovanie/ventili/ventil-reguliruyushhij-60e12.html, большинство современных газовых датчиков работают только при определенных условиях, что значительно ограничивает сферу их применения. Поэтому разработка многоразовых высокочувствительных детекторов газа, действующих при комнатной температуре, является важной областью развития современной физики.

Ученые во главе с Любовью Осминкиной предложили использовать пористые кремниевые нанопроволочные массивы в качестве чувствительных элементов таких детекторов. Эти компоненты можно получить с помощью дешевого метода химического травления с металлическим покрытием. Техника основана на селективном химическом травлении, т.е. частичном удалении поверхностного слоя объемного кристаллического кремния с использованием металлических наночастиц в качестве катализирующих компонентов. Кроме того, эта процедура довольно быстрая: не менее 100 элементов могут быть созданы в лаборатории всего за один час.

Каждый датчик состоит из массива 10-миллиметровых кремниевых нанопроводов, диаметр которых составляет от 100 до 200 нм. Каждая нанопроволока имеет пористую кристаллическую структуру. Размер кристаллов кремния и поры между ними в отдельной нанопроволоке колеблются от трех до пяти нанометров. Российские исследователи показали, что эти миниатюрные устройства имеют огромную удельную площадь поверхности, благодаря чему их физические и химические свойства чрезвычайно чувствительны к молекулярной среде. Было обнаружено, что полученные образцы проявили отличную фотолюминесценцию в области красного спектра при комнатной температуре.

Осминкина поясняет: «Мы впервые показали, что фотолюминесценция кремниевых нанопроводов гасится в атмосфере кислорода, а затем восстанавливается до исходных значений в атмосфере азота». Ученые объяснили полученные экспериментальные результаты микроскопической моделью, согласно которой чувствительность оптических свойств образцов к их молекулярной среде определяется обратимой зарядкой и разрядкой Pb-центров – дефектами кремния на поверхности нанопроволок. Авторы исследования подтвердили модель измерениями, полученными с использованием метода электронного парамагнитного резонанса, который помогает определить существование и концентрацию Pb-центров.

«Важно то, что наши датчики, основанные на пористых нанопроводах, работают при комнатной температуре, а также то, что они многоразовые, потому что все наблюдаемые эффекты полностью обратимы», — добавила Осминкина. Новые датчики могут использоваться как для эффективного контроля уровня загрязнения окружающей среды, так и для мониторинга состава воздуха в закрытых помещениях.

Новая технология умного стекла представлена инженерами

Инженеры Университета Делавэра продемонстрировали прототип «умного» окна, который способен переключаться с  прозрачного на отражающий простым добавлением жидкости.

Ведущий исследователь Кейт Гуссен утверждает, что такие окна просты в изготовлении и могут сделать офисные здания более энергоэффективными, а также защитить салон автомобиля от нагрева в солнечный день. Кроме того, технология  может использоваться для изготовления панелей для крыши, которые летом обеспечат прохладу в доме и тепло зимой.

Гуссен говорит: «Мы ожидаем, что наше умное окно будет гораздо дешевле существующих устройств, потому что наша версия  изготавливается ​​с использованием тех же методов, которые применяются для изготовления пластмассовых деталей и не требует сложной электрооптической технологии для переключения». Новые смарт-окна содержат пластиковую панель с рисунком структур, которые являются отражающими. Это означает, что вместо отражения света во всех направлениях, такое стекло отражает свет как отражатель велосипеда.

Показанный прототип нового умного окна состоит из трехмерной  пластиковой панели с тонкой камерой. Когда камера заполнена жидким метилсалицилатом, который соответствует оптическим свойствам пластика,  структуры становятся прозрачными. «Хотя нам приходилось разрабатывать новые способы обработки 3D-печатных пластиков с хорошей оптической производительностью, разрабатывать недорогие флюиды с коэффициентом преломления и создавать высокоотражающие оптические структуры, инновация в основном заключается в признании того, что такая простая концепция может работать», поясняют изобретатели.

Одним из самых перспективных приложений для нового переключаемого стекла могут быть автомобили, где его можно использовать для ветрового стекла, которое будет отражать солнечные лучи. «Вы не можете использовать  доступное переключаемое стекло для таких целей, потому что в затемненном состоянии лобовое стекло поглощает солнечный свет и становится горячим. Поскольку наше стекло ретроотражающее в непрозрачном состоянии, почти весь свет отражается», говорят разработчики.

Создатели умного стекла также показали, что пластиковые светоотражающие панели могут использоваться как недорогая кровельная структура, которая снижает затраты на отопление и охлаждение. Во время кровельных работ слой материала, расположенный под панелями, используется для поглощения света, когда панели находятся в прозрачном состоянии. Это помогает делать дом теплее, когда на улице холодно. Хотя метилсалицилат, используемый в прототипе, может замерзнуть при низких температурах, могут быть разработаны устойчивые к замораживанию жидкости.

«Важно отметить, что мы также продемонстрировали, как устройство может проходить тысячи циклов от прозрачного до отражающего без какой-либо деградации», добавил Гуссен.