Los módulos electrónicos de autocuración y estirables consisten en tres componentes principales: una matriz de sensores táctil (izquierda), una matriz activa (centro) y una matriz de visualización de condensadores emisores de luz (derecha). Cuando el sensor táctil se toca por un objeto delgado y puntiagudo, la información táctil mecánica se transmite inmediatamente a través de la matriz activa a la pantalla correspondiente, donde se representa visualmente en azul. Este proceso puede entenderse intuitivamente como análogo a cómo nuestro cerebro percibe estímulos externos en la piel. Crédito: Profesor Dongghee hijo.
Los avances tecnológicos recientes han permitido el desarrollo de una amplia gama de dispositivos portátiles e implantables cada vez más sofisticados, que pueden usarse para monitorear señales fisiológicas o intervenir con alta precisión en las regiones terapéuticamente dirigidas del cuerpo. Como estos dispositivos, particularmente los implantables, generalmente están diseñados para permanecer en entornos biológicos cambiantes durante largos períodos de tiempo, deben ser biocompatibles y capaces de fijarse después de que se dañen.
Los investigadores de la Universidad Sungkyunkwan, el Instituto de Ciencias Básicas (SII) y otros institutos en Corea del Sur idearon recientemente un nuevo método para fabricar componentes electrónicos de autocuración y estirables que podrían integrarse en estos dispositivos. Su enfoque, esbozado en un artículo publicado en Nature Electronics, permite el ensamblaje escalable y reconfigurable de transistores de autocuración y estirables en sistemas integrados de alto rendimiento.
“Desde mediados de la década de 2000, el desarrollo de electrónica flexible y estirable ha revolucionado significativamente los campos de investigación como la piel electrónica artificial y la bioelectrónica de implantable suave”, dijo Dongghee, autor de The Paper, a Tech Xplore.
“A pesar de este progreso, mantener el rendimiento del dispositivo durante la unión externa a largo plazo sigue siendo un desafío debido a la fatiga mecánica y el daño de los movimientos repetidos y los impactos externos. Además, la reconfiguración de dispositivos electrónicos flexibles ya fabricados para satisfacer las necesidades específicas del usuario ha sido inherentemente imposible”.
Un desafío adicional asociado con el desarrollo de la electrónica implantable es garantizar que estos dispositivos mantengan sus características eléctricas con el tiempo, particularmente en entornos biológicos húmedos y dinámicos. Son y sus colegas se propusieron superar este desafío diseñando materiales de autocuración y estirables con propiedades electrónicas ventajosas, y luego idearon un método para integrarlos en circuitos.
“La piel humana se repara naturalmente después de la lesión, restaurando sus propiedades mecánicas originales y su capacidad para detectar precisamente estímulos externos y transmitir información sensorial al cerebro”, explicó el hijo.
“Inspirada en esta funcionalidad de autocuración, esta investigación incorpora propiedades estirables y de autocuración en las tres capas críticas de un transistor: la capa de aislamiento dieléctrico, la capa de semiconductores y las capas de electrodo (compuerta, fuente y drenaje). Utilizando la capacidad de autocuración de estos transistores, los usuarios pueden reconfigurar efectivamente las lógicas gates, las matrices activas y las arrays de visualización a sus requisitos específicos”.
El método escalable para crear transistores y circuitos estirables de autocuración introducidos por los investigadores podría apoyar el desarrollo de dispositivos implantables que pueden medir señales electrofisiológicas en el cerebro, nervio vago, médula espinal, nervio periférico e incluso tejidos cardíacos. Estos dispositivos podrían abrir nuevas posibilidades para el tratamiento y el diagnóstico de una amplia gama de enfermedades.
“Para realizar un sistema modular integrado de autocuración y estirable, los materiales clave como los polímeros de autocuración, los nanomateriales conductores y los semiconductores orgánicos son esenciales”, dijo Son.
SS-TFT doblando y estirando mientras está unido a una muñeca humana. El SS-TFT mantuvo el contacto conforme con la muñeca humana mientras se doblaba y se estiraba. Crédito: Nature Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41928-025-01389-z
“Primero, la capa semiconductora del transistor se puede fabricar simplemente combinando un polímero de autocuración con un semiconductor orgánico, seguido de recubrimiento por spinning. Este proceso induce la separación de fase vertical espontánea, que evita efectivamente la degradación del rendimiento bajo tensión externa. Incluso si ocurre el daño físico, la reconstrucción entre las cadenas políticas orgánicas permite que el dispositivo mantenga su dispositivo eléctrico y la mecánica de rendimiento.
Son y sus colegas propusieron fabricar cada capa funcional de dispositivos electrónicos, incluidas películas aislantes, electrodos y capas de semiconductores, en grandes áreas a través de un proceso conocido como impresión de transferencia. Este enfoque se puede escalar fácilmente y usarse para fabricar sistemas modulares estirables de área grande, que luego pueden integrarse con sensores táctiles, matrices activas y pantallas.
Utilizando el método de impresión propuesto por el equipo, los transistores estirables y de autocuración que desarrollaron se pueden volver a ensamblar fácilmente, al igual que los bloques LEGO, para producir sistemas que sean los más adecuados para aplicaciones específicas. En las pruebas iniciales, los investigadores mostraron que sus transistores, fabricados utilizando sustratos de polímeros de autocuración con excelente aislamiento y biocompatibilidad, mantuvieron un rendimiento eléctrico estable durante largos períodos de tiempo después de ser implantados en animales vivos.
“Hasta la fecha, no se han desarrollado bioelectrónica a nivel del sistema que integre las capacidades de autocuración, la capacidad de estiramiento e implantabilidad in vivo; este estudio es el primero en demostrar el potencial para tales sistemas”, dijo Son.
“Para el aumento humano, se requieren sistemas neuroprostésicos de próxima generación que pueden adquirir señales neuronales a través de matrices de electrodos de alta densidad avanzados implantados en el cerebro, la médula espinal y los nervios periféricos, amplificar y procesar estas señales, y administrar estimulación eléctrica a través de la retroalimentación de loop cerrado. Un prequisito crítico para estos sistemas es una operación estable sin la degradación del rendimiento durante los períodos extensos extensos”. “.
Una ventaja adicional de los dispositivos fabricados utilizando el enfoque del equipo es su naturaleza modular y reconfigurable. Esta característica permite tanto su personalización en alineación con las preferencias o necesidades de los usuarios y su eliminación o reemplazo a través de un archivo adjunto con plomo y juego en caso de que su rendimiento disminuya significativamente.
En el futuro, el enfoque escalable para fabricar circuitos integrados estirables y de autocuración introducidos por Son y sus colegas podría mejorarse aún más y usarse para desarrollar nuevos dispositivos biomédicos implantables o portátiles, así como prótesis. Finalmente, los sistemas desarrollados utilizando su método propuesto podrían probarse en ensayos preclínicos y clínicos, para garantizar su seguridad y validar su potencial del mundo real.
“Se anticipa que estos avances sirven como piedra angular en el campo evolutivo de las tecnologías de aumento humano”, agregó hijo. “En nuestros próximos estudios, nos centraremos en mejorar el rendimiento eléctrico de los sistemas integrados modulares de autocuración y el estiramiento.
“Específicamente, nuestro objetivo es optimizar los parámetros clave, como la movilidad de los semiconductores y la conductividad del electrodo para permitir la operación del circuito de alta velocidad. Además, planeamos desarrollar circuitos capaces de adquirir señales electrofisiológicas de alta calidad in vivo. Construir sobre estos avances, nuestro objetivo final es desarrollar sistemas personalizados para el diagnóstico y el tratamiento del cerebro y los desordenados cardinales”. “.
Más información: Jaepyo Jang et al, ensamblaje reconfigurable de transistores y circuitos estirables de autocuración para sistemas integrados, Nature Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41928-025-01389-z.
© 2025 Science X Network
Cita: el método escalable crea transistores y circuitos de autocuración, estirables (2025, 3 de junio) Recuperado el 3 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-scalable-method-stretchable-transistors-circuits.html
Este documento está sujeto a derechos de autor. Además de cualquier trato justo con el propósito de estudio o investigación privada, no se puede reproducir ninguna parte sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona solo para fines de información.
