A medida que la electrónica se vuelve cada vez más omnipresente en nuestras vidas, desde teléfonos inteligentes hasta sensores portátiles, también lo hace la cantidad cada vez mayor de desechos electrónicos que crean. Un informe del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente encontró que se arrojaron casi 50 millones de toneladas de desechos electrónicosen 2017, más del 20 por ciento más que los residuos en 2015.
Preocupados por este creciente desperdicio, la ingeniera de Stanford Zhenan Bao y su equipo están reconsiderando la electrónica. "En mi grupo, hemos estado tratando de imitar la función de la piel humana para pensar en cómo desarrollar futuros dispositivos electrónicos", dijo Bao.describió cómo la piel es estirable, autocurable y también biodegradable, una atractiva lista de características para la electrónica. "Hemos logrado las dos primeras [flexibles y autocurativas], por lo que la biodegradabilidad era algo que queríamos abordar".
El equipo creó un dispositivo electrónico flexible que se puede degradar fácilmente con solo agregar un ácido débil como el vinagre. Los resultados se publicaron el 1 de mayo en la Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"Este es el primer ejemplo de un polímero semiconductor que puede descomponerse", dijo el autor principal Ting Lei, un becario postdoctoral que trabaja con Bao.
Además del polímero, esencialmente un plástico conductor flexible, el equipo desarrolló un circuito electrónico degradable y un nuevo material de sustrato biodegradable para montar los componentes eléctricos. Este sustrato soporta los componentes eléctricos, flexionando y moldeando a rugosidad y suavidadsuperficies por igual. Cuando el dispositivo electrónico ya no se necesita, todo puede biodegradarse en componentes no tóxicos.
bits biodegradables
Bao, profesor de ingeniería química y ciencia e ingeniería de materiales, había creado previamente un electrodo estirable modelado en la piel humana. Ese material podía doblarse y torcerse de una manera que podría permitirle interactuar con la piel o el cerebro, pero no podíaEso limitó su aplicación para dispositivos implantables y, lo que es importante para Bao, contribuyó al desperdicio.
Bao dijo que crear un material robusto que sea a la vez un buen conductor eléctrico y biodegradable fue un desafío, considerando la química de polímeros tradicional. "Hemos estado tratando de pensar cómo podemos lograr tanto una gran propiedad electrónica como también tener biodegradabilidad", dijo Bao.dijo.
Con el tiempo, el equipo descubrió que al modificar la estructura química del material flexible se rompería bajo factores estresantes leves. "Se nos ocurrió la idea de fabricar estas moléculas utilizando un tipo especial de enlace químico que puede retener la capacidad de"Pero también este enlace químico es sensible al ácido débil, incluso más débil que el vinagre puro". El resultado fue un material que podría transportar una señal electrónica pero descomponerse sin requerir medidas extremas..
Además del polímero biodegradable, el equipo desarrolló un nuevo tipo de componente eléctrico y un material de sustrato que se adhiere a todo el componente electrónico. Los componentes electrónicos generalmente están hechos de oro. Pero para este dispositivo, los investigadores fabricaron componentes de hierro.Bao señaló que el hierro es un producto muy ecológico y no es tóxico para los humanos.
Los investigadores crearon el sustrato, que transporta el circuito electrónico y el polímero, a partir de celulosa. La celulosa es la misma sustancia que forma el papel. Pero, a diferencia del papel, el equipo alteró las fibras de celulosa para que el "papel" sea transparente y flexible, mientras queaún se rompe fácilmente. El sustrato de película delgada permite que los componentes electrónicos se coloquen en la piel o incluso se implanten dentro del cuerpo.
De implantes a plantas
La combinación de un polímero conductor biodegradable y un sustrato hace que el dispositivo electrónico sea útil en una gran cantidad de entornos, desde dispositivos electrónicos portátiles hasta estudios ambientales a gran escala con polvos de sensor.
"Imaginamos estos parches suaves que son muy delgados y se adaptan a la piel que pueden medir la presión arterial, el valor de glucosa, el contenido de sudor", dijo Bao. Una persona podría usar un parche diseñado específicamente durante un día o una semana, luego descargar elSegún Bao, este uso a corto plazo de dispositivos electrónicos desechables parece un ajuste perfecto para un diseño flexible y degradable.
Y no es solo para exámenes de la piel: el sustrato biodegradable, los polímeros y los electrodos de hierro hacen que todo el componente sea compatible con la inserción en el cuerpo humano. El polímero se descompone en concentraciones de producto mucho más bajas que los niveles aceptables publicados que se encuentran en el agua potable. AunqueSe descubrió que el polímero es biocompatible, Bao dijo que sería necesario realizar más estudios antes de que los implantes sean algo habitual.
Los dispositivos electrónicos biodegradables tienen el potencial de ir mucho más allá de la recopilación de datos sobre enfermedades cardíacas y glucosa. Estos componentes podrían usarse en lugares donde las encuestas cubren grandes áreas en ubicaciones remotas. Lei describió un escenario de investigación en el que los dispositivos electrónicos biodegradables se dejan caer en un avión sobre un bosque parainspeccionar el paisaje. "Es un área muy grande y muy difícil para la gente esparcir los sensores", dijo. "Además, si extiendes los sensores, es muy difícil recuperarlos. No quieres contaminar el medio ambienteasí que necesitamos algo que se pueda descomponer ". En lugar de que el plástico cubra el suelo del bosque, los sensores se biodegradarían.
A medida que aumente la cantidad de productos electrónicos, la biodegradabilidad se volverá más importante. Lei está entusiasmada con sus avances y quiere seguir mejorando el rendimiento de los productos electrónicos biodegradables. "Actualmente tenemos computadoras y teléfonos celulares y generamos millones y miles de millones de teléfonos celulares, yes difícil de descomponer ", dijo." Esperamos poder desarrollar algunos materiales que se puedan descomponer para que haya menos desechos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Sarah Derouin. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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