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新聞資訊

來源:賓厄姆頓大學

無論是經常使用、過度使用還是濫用,每一個設備都會在某個時候出現裂縫。這就是事物的本質。

不過,在使用生物醫學設備時,裂縫可能會特別危險,因為生物醫學設備可能會對患者造成生命危險。

賓厄姆頓大學研究小組的一項新研究使用人體皮膚剖析圖作為模型,不是為了防止裂縫,而是為了以盡可能最好的方式引導裂縫,避免關鍵部件,使修復變得容易。

這項研究發表在9月17日的《科學報道》雜志上,由賓厄姆頓大學生物醫學工程副教授蓋伊·德爾曼和博士生克里斯托弗·馬約拉納領導。在這項研究中,Maiorana用硅基聚二甲基硅氧烷(PDMS)設計了一系列單層和雙層膜,PDMS是一種用于生物醫學研究的惰性無毒材料。嵌入到這些層中的是微小的通道,用來引導任何裂縫的形成,當作為生物醫學設備的一部分時,這些裂縫將對裂縫的形成提供更多的控制。潛在的損害可能會繞過柔性電子產品的關鍵領域,例如,增加其功能壽命。

德爾曼說:“在這個相對較新的超彈性材料領域,能真正拉伸的材料已經做了很多工作,但在斷裂控制領域還沒有。”斷裂控制只在較脆的材料中進行過探索。”

Maiorana和German說,特別重要的是,PDMS是柔性膜的基礎,因為它以廣泛的用途而聞名。這項研究還整合了其他常用材料。

“我們不使用任何外來材料,”馬約拉納說。我們不是在發明新的金屬或陶瓷。我們用橡膠或者普通玻璃來做這些事情。我們采納了這一基本理念,并使之發揮了作用。”

German正在進行的對人類皮膚的研究使他認識到,最外層稱為角質層,呈現出一個V形微通道網絡,似乎能夠引導到皮膚上。

這項研究是從在非生物材料中重現這種效應開始的。先前的微裂紋定向嘗試使用了更為堅實的手段,例如在柔性電子元件最敏感的部分周圍形成銅膜。

他說:“盡管這層膜看起來和感覺完全像一層普通的、無聊的膜,但只要拉伸它,裂縫就會偏離它通常會開裂的地方45度角。”我覺得很酷。”

由于膜的制作周期很長,Maiorana經常會花一周時間來制作一個膜,然后在幾秒鐘內將其撕開,然后重新開始制作下一個膜。他認為添加劑制造的精密度不斷提高,并且能夠打印出更小的特征,從而使膜的生產成為可能。

“克里斯正在設計自己的制造系統來制造這些基底,”German說,“因為他必須用3D打印一個模具,然后用這個智能系統來控制這些峽谷在基底中的深度。這在技術上確實具有挑戰性。”

Maiorana補充道:“它有一定的藝術水平。你認為這是一個完整的科學過程,是的,但其中一部分是你以前做過這個過程,你知道它應該是什么樣子。”

German說,這項研究進一步推動了生物醫學工程師從自然界已經完善的東西中學習的探索。

他說:“無論你是多么優秀的工程師,進化論都會首先想到這一點。”進化總是勝利的。”

More information: Christopher H. Maiorana et al, Embedding topography enables fracture guidance in soft solids, Scientific Reports (2019). DOI: 10.1038/s41598-019-49986-1

Journal information: Scientific Reports

原文鏈接:https://phys.org/news/2019-09-flexible-technology-longer-critical-failures.html

聲明:本文由 Newfellow 編譯,中文內容僅供參考,一切內容以英文原版為準。


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