مواد و ساخت پیشرفته

پروژه NanoEDGE BMBF که به رهبری موسسه فرانهوفر در حال انجام است از همگرایی حوزه‌های نانومواد، مهندسی پیشرفته و علوم اعصاب برای تولید الکترودهای چاپی به کمک نانوذرات استفاده می‌کند. الکترودها عنصر اصلی سیستم‌های نظارتی هستند، الکترودهای امروزی برای تشخیص سیگنال‌های عضلانی الکتریکی (EMG) و سیگنال‌های عصبی (EEG) از جنس فلز بوده و یک لایه ژل روی آن قرار دارد. برای استفاده از این الکترودها نیاز به زمان طولانی بود و اگر ژل خشک شود، اندازه‌گیری با خطا مواجه می‌شود. علاوه بر تقاضا برای هدایت الکتریکی و تماس مستقیم با پوست، الکترودها باید الزامات دیگری مانند زیست‌سازگاری و توانایی پذیرش روی پوست را نیز داشته باشند. این الزامات را می‌توان با الکترودهای چاپی ساخته شده از نانومواد گرافنی انجام داد. با این حال نانوجوهرهای گرافنی مناسب در بازار برای چاپ جوهرافشان به سختی پیدا می‌شود، در نتیجه فرآیندهای چاپ در مقیاس صنعتی برای این نوع جوهرها وجود ندارد. پروژه NanoEDGE BMBF که به رهبری موسسه فرانهوفر انجام می‌شود به دنبال توسعه جوهرهای نانوذره‌ای از جنس گرافن است که برای چاپ جوهرافشان مناسب بوده و می‌توان از آن برای فرآیندهای چاپ مقیاس‌پذیر استفاده کرد. در این نانوجوهرها از اتانول برای جلوگیری از حباب و کاهش کشش سطحی جوهر استفاده شده است. برای بهبود مقاومت در برابر سایس ساختارهای چاپی، نانوذرات کربنی به این جوهرها اضافه می‌شود. سورفاکتانت نیز به منظور بهبود قابلیت چاپ و برای افزایش رسانایی و صافی سطح سازه‌های چاپی به فرآیند اضافه می‌شود. ساخت الکترود پوست شامل چاپ با جوهر رسانا روی مواد نرم است که به دنبال آن برش با تیغه و فرآیند لمینیت با یک لایه چسب غیرفعال انجام می‌شود. ضخامت هریک از بخش‌ها ( جوهر، پشتیبان نرم و لایه غیرفعال) تعیین کننده اتصال الکترود با پوست و در نتیجه میزان سیگنال به نویز است. برای کاربردهای EEG، در صورت نیاز می‌توان بهینه‌سازی بیشتر این لایه‌ها را با کاهش ضخامت و استحکام بیشتر انجام داد. فرآیند چاپ دو مرحله‌ای بوده که در مرحله اول پد تماسی با استفاده از جوهر نقره ایجاد می‌شود و در مرحله بعد الکترودهای با استفاده از جوهر گرافنی اصلاح شده چاپ می‌شوند. رویکرد بین رشته‌ای پروژه NanoEDGE موجب شده تا در این پروژه همگرایی روش‌های تولید مختلف صورت گیرد و در آن حوزه نانومواد، مهندسی پیشرفته و علوم اعصاب به کمک هم بیایند تا الکترودهای چاپی پیشرفته تولید شوند.
منبع:
https://www.ibmt.fraunhofer.de/en/ibmt-press-releases-2019/press-NanoEDGE-2019-11-25.html