Ett forskarlag vid avdelningen för elektrisk och elektronisk informationsteknik och Electronics-Inspired Interdisciplinary Research Institute (EIIRIS) vid Toyohashi University of Technology har utvecklat en ultrasträckbar biosond med hjälp av Kirigami-design. Den Kirigami-baserade bioproben gör det möjligt för forskare att följa formen på sfäriska och stora deformerbara biologiska prover som hjärt- och hjärnvävnader. Dessutom, dess låga töjningskraftsegenskaper minskar kraften som induceras på organ, vilket möjliggör minimalt invasiv biologisk signalregistrering. Resultaten av deras forskning kommer att publiceras i Avancerat vårdmaterial den 8 december, 2017.

Hög sträckbarhet och deformerbarhet är lovande egenskaper för att öka tillämpningarna av flexibel filmelektronik inklusive sensorer, ställdon, och energiskördare. Särskilt, de har stor potential för tillämpningar relaterade till tredimensionella mjuka biologiska prover såsom organ och vävnader som uppvisar stora och snabba förändringar i sin yta och volym (t.ex. ett bultande hjärta). Dock, konventionella elastomerbaserade töjbara anordningar kräver en stor töjningskraft för att töja den, som härrör från en inneboende materiell egenskap. Detta gör det omöjligt att följa deformationen av mjuka biologiska vävnader, därigenom förhindras naturlig deformation och tillväxt. För enhetstillämpningar som hänför sig till mjuka biologiska prover, det är extremt viktigt att minska töjningskraften som är karakteristisk för de sträckbara enheterna för att uppnå låg invasivitet och säkra mätningar.

Ett forskargrupp vid Institutionen för elektrisk och elektronisk informationsteknik och EIIRIS vid Toyohashi tekniska universitet har utvecklat en ultrastretchbar bioprobe med Kirigami -design.

"För att förverkliga den ultratöjbara bioproben med låg töjningskraft, vi använde en Kirigami-design som enhetsmönster. Den anmärkningsvärda egenskapen hos Kirigami är att styva och otöjbara material kan göras mer töjbara jämfört med andra elastbaserade töjbara material. Sträckmekanismen är baserad på en böjning utanför planet av den tunna filmen snarare än sträckning av materialet; därför, töjningsspänningsegenskaperna är extremt låga jämfört med elastomerbaserade sträckbara enheter, "förklarar den första författaren till artikeln, Ph.D. kandidat Yusuke Morikawa.

Ledaren för forskargruppen, Docent Takeshi Kawano, sa, "Idén spirade i mitt sinne en morgon när jag vaknade och såg min son leka med Origami och Kirigami. Jag såg honom inse att papprets töjbarhet var hög när han skapade Kirigami-designerna. Detta fick mig att undra om det är möjligt att utveckla töjbar elektronik använder konceptet Kirigami. Överraskande nog, våra preliminära studier på Kirigami-baserade parylenfilmer med mikroelektromekanisk systemteknologi uppvisade hög töjbarhet på 1, 100 %. Dessutom, vi är extremt glada över att de tillverkade Kirigami-baserade biosonderna har de distinkta fördelarna med hög sträckbarhet och deformerbarhet, och kan registrera biologiska signaler från den kortikala ytan och slå ett hjärta hos en mus. "

Forskargruppen anser att de Kirigami-baserade biosonderna också kan användas för att sondera vävnader och organ som uppvisar tidsberoende förändringar i deras yta och volym på grund av tillväxt eller sjukdom. Detta förväntas leda till det slutliga förverkligandet av en helt ny mätmetod som kan vara avgörande för att förstå de mekanismer som styr tillväxt och sjukdomar som Alzheimers.