Beschleunigte Herstellung dehnbarer tragbarer Sensoren an der UC Berkeley

UC Berkeley College of Engineering, CA

Ein Superkondensator-Array, das mit einer neuen Herstellungstechnik hergestellt wird, die schneller und kostengünstiger als Fotolithographie ist. (Bild:Peisheng He/UC Berkeley)

Ingenieure der UC Berkeley haben eine neue Technik zur Herstellung tragbarer Sensoren entwickelt, die es medizinischen Forschern ermöglicht, neue Designs viel schneller und zu weitaus geringeren Kosten als bestehende Methoden zu prototypisieren und zu testen.

Die neue Technik ersetzt die Fotolithographie – ein mehrstufiges Verfahren zur Herstellung von Computerchips in Reinräumen – durch einen 200-Dollar-Schneideplotter. Der neuartige Ansatz verkürzt die Zeit für die Herstellung kleiner Chargen von Sensoren um fast 90 Prozent und senkt gleichzeitig die Kosten um fast 75 Prozent, sagte Renxiao Xu, der die Technik während seiner Doktorarbeit entwickelte. in Maschinenbau in Berkeley.

Tragbare Sensoren werden von Forschern häufig verwendet, um über längere Zeiträume hinweg medizinische Daten von Patienten zu sammeln. Sie reichen von Klebeverbänden auf der Haut bis hin zu dehnbaren Implantaten in Organen und nutzen hochentwickelte Sensoren zur Überwachung des Gesundheitszustands oder zur Diagnose von Krankheiten.

Ein dehnbares „intelligentes Netz“, das im Zwei-Modus-Schneidverfahren hergestellt wird. Dieses Gerät könnte bei der Schweißabsaugung und -erkennung auf der Haut eingesetzt werden. (Bild:Peisheng He/UC Berkeley)

Diese Geräte bestehen aus Flachdrähten, sogenannten Interconnects, sowie Sensoren, Stromquellen und Antennen zur Übermittlung von Daten an Smartphone-Apps oder andere Empfänger. Um ihre volle Funktionalität aufrechtzuerhalten, müssen sie sich mit der Haut und den Organen, auf denen sie befestigt sind, dehnen, beugen und drehen – ohne dabei Belastungen zu erzeugen, die ihre Schaltkreise beeinträchtigen würden.

Um eine belastungsarme Flexibilität zu erreichen, verwenden Ingenieure eine „Inselbrücken“-Struktur. Die Inseln beherbergen starre Elektronik- und Sensorkomponenten wie kommerzielle Widerstände, Kondensatoren und im Labor synthetisierte Komponenten wie Kohlenstoffnanoröhren. Die Brücken verbinden die Inseln miteinander. Ihre Spiral- und Zickzackform dehnt sich wie Federn, um große Verformungen auszugleichen.

In der Vergangenheit haben Forscher diese Inselbrückensysteme mithilfe der Fotolithographie gebaut, einem mehrstufigen Prozess, bei dem Licht verwendet wird, um Muster auf Halbleiterwafern zu erzeugen. Die Herstellung tragbarer Sensoren auf diese Weise erfordert einen Reinraum und eine hochentwickelte Ausrüstung.

Die neue Technik ist einfacher, schneller und wirtschaftlicher, insbesondere bei der Herstellung der ein oder zwei Dutzend Proben, die medizinische Forscher normalerweise für Tests benötigen.

Eine Beschreibung der Technik wurde in ACS Nano. veröffentlicht Xu, der jetzt bei Apple arbeitet, und Liwei Lin, Professor für Maschinenbau und Co-Direktor des Berkeley Sensor and Actuator Center, waren die leitenden Forscher.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Sarah Yang unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Sie müssen JavaScript aktivieren, damit Sie es sehen können.; 510-643-6803.