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(Foco Nanowerk) Los nanocompuestos conductores elásticos, suaves, delgados y biocompatibles son cruciales para el desarrollo de dispositivos portátiles similares a la piel, robots blandos inteligentes y bioelectrónica implantable. Aunque se ha informado que varias estrategias de diseño de ingeniería de superficies superan el desajuste mecánico entre electrodos frágiles y polímeros estirables, todavía es un desafío lograr la integración monolítica de diferentes componentes con diferentes funcionalidades utilizando los nanocompuestos conductores estirables ultrafinos actuales. Esto se atribuye a la falta de sistemas de nanomateriales conductores adecuados y compatibles con estrategias de creación de patrones simples.
El grafeno inducido por láser (LIG), que normalmente se obtiene a partir de la irradiación láser de poliimida (PI), tiene varias ventajas, como: Por ejemplo, procesos simples de creación de patrones digitales, compatibilidad con enfoques de transferencia de patrones y propiedades físicas y químicas ajustables para producir varios sensores portátiles.
Sin embargo, debido a las limitaciones mecánicas en la transferencia de LIG a elastómeros blandos, estos dispositivos multifuncionales se construyen sobre sustratos de PI flexibles o películas elásticas relativamente gruesas. Además, el desajuste mecánico entre la frágil LIG y el polímero elástico dificulta la capacidad de estiramiento de los nanocompuestos conductores.
En un estudio reciente publicado en Electrónica de la naturaleza Investigadores (“Stretchable grafeno-hidrogel interfaces for wearable and implantable bioelectronics”) de la Universidad de Zhejiang informan sobre un nanocompuesto ultrafino y elástico a base de hidrogel LIG para bioelectrónica multifuncional implantable y basada en la piel.
En primer lugar, los autores proponen una nueva estrategia para fabricar nanocompuestos ultrafinos basados en LIG modelados formados por transferencia criogénica (77 K) de LIG sobre una película de hidrogel (espesor mínimo 1,0 μm). En segundo lugar, abordan el desajuste mecánico entre la frágil LIG y el polímero elástico, que utiliza el hidrogel como interfaz de disipación de energía y ruta eléctrica fuera del plano. Se pueden inducir desgarros desviados continuamente en la LIG, lo que da como resultado una mejora de más de cinco veces en la extensibilidad intrínseca.
En general, este trabajo proporciona una estrategia viable para construir nanocompuestos ultrafinos y elásticos a base de hidrogel de carbono para sistemas de detección integrados, lo que permite diversas aplicaciones en bioelectrónica portátil/implantable e interacciones hombre-máquina (Figura 1).
![Diseño de nanocompuestos estirables reforzados con hidrogel PPH ultrafinos, antibacterianos y biocompatibles para bioelectrónica portátil e implantable](https://www.nanowerk.com/spotlight/id64303_1.jpg)
«Los métodos de transferencia LIG convencionales requieren un espesor mucho mayor (>45 µm) de elastómeros o cintas adhesivas para proporcionar una fuerte fuerza interfacial durante el proceso de pelado, lo que dificulta las aplicaciones bioelectrónicas conformadas», dice el profesor Kaichen Xu, autor correspondiente de la publicación de este estudio. «Las limitaciones mecánicas en la transferencia de LIG a elastómeros se superan mediante un enfoque de transferencia criogénica a -196 °C utilizando un hidrogel de alcohol polivinílico/ácido fítico/miel (PPH) ultrafino y adhesivo».
Durante el rápido proceso de enfriamiento, la energía de unión interfacial entre el grafeno poroso defectuoso y el agua cristalizada en el hidrogel aumenta, según muestran los cálculos de dinámica molecular (MD). Un aumento tan espectacular en la fuerza de unión de la superficie a 77 K también se registró en la prueba de pelado de 180°. La fuerza máxima de despegue temporal es de 160 N m.-1 observado a 77 K, que fue mucho mayor que el valor (<10 N m-1) derivado de la adhesión autóloga de PPH a temperatura ambiente (Figura 2).
![Diseño de nanocompuestos estirables reforzados con hidrogel PPH ultrafinos, antibacterianos y biocompatibles para bioelectrónica portátil e implantable](https://www.nanowerk.com/spotlight/id64303_2.jpg)
Además, la estrategia de transferencia criogénica propuesta permitió la transferencia de LIG a otros tipos de hidrogeles adhesivos o no adhesivos, destacando la universalidad de esta tecnología de transferencia. Sin embargo, sólo el hidrogel adhesivo formó una interfaz de unión mecánicamente estable, especialmente bajo carga de tracción.
Utilizando una simple escritura directa por láser y tecnología de transferencia criogénica, los componentes del sensor multimodal se integran como una película sensora portátil multifuncional para la piel. in vitro Vigilancia. Además, las propiedades ultrafinas y biocompatibles de los nanocompuestos microestructurados basados en LIG permiten un contacto perfecto con el corazón de ratas Sprague Dawley (SD). en el sitio Seguimiento de las señales cardíacas.
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