生物可降解电子元件的优势与挑战
关键的外卖
用于医疗设备的软电子元件减少了额外手术的需要。
软、瞬态电子器件为电子市场的广泛应用提供了巨大的潜力。
研究继续为电子设备和电路发现新的可生物降解化合物和材料。
20世纪60年代中期，一部名为《梦幻航行》的电影激发了我的想象力。在这部电影中，拯救一位顶尖科学家的生命依赖于一项可以将五个人和一艘潜艇缩小到微生物大小的技术。虽然这种技术还不存在(可能永远不会存在)，但另一种令人惊叹的、堪比科幻电影的技术今天确实存在——生物可降解电子元件。
生物可降解电子元件被应用于从生物医学工程到农业的各种应用中，并在电子市场及其他领域提供了令人兴奋的新机会。
一种可生物降解的半导体由斯坦福大学的研究人员开发．
生物可降解电子元件的优点
以下是可生物降解电子元件的一些更有利的特性:
柔软和柔韧
通常被称为软电子产品，可生物降解电子产品可以接触人体软组织，同时几乎不会引起刺激。此外，软电子具有极高的柔软性和灵活性，允许设备符合不同的形状。
可控时间限制
生物可降解电子产品可以有可控的时间限制。研究表明，用于生物医学目的的软电子器件在预期的设备寿命后将以可控的速度溶解、重新吸收或消失。因此，这些设备作为临时的医疗植入物变得很有价值，不需要额外的手术来移除。
由于这些独特的特性，生物降解电子元件通常用于生物医学设备。
生物降解电子元件的生物医学用途
生物可降解电子产品的可能性可以刺激愈合和帮助组织再生，这可能会带来新的医学突破。微/纳米制造技术的发展使研究人员能够创造由软聚合物、可生物降解金属、薄硅和有机材料组成的植入式设备。
生物传感器
生物传感器可以监测人体内的压力、流量、应变和化学物质，并协助医生诊断生理状况。除了在不需要时溶解在体液中的能力外，这些设备还表现出优异的电气特性。
例如，某些类型的有机硅弹性体具有较高的介电强度，并作为用于测量血管中的压力和氧气水平的高灵敏度电容传感器的介电层。其他类型具有优越的屈光特性，允许测量角膜压力。
除了医疗应用，生物可降解电子元件也进入了消费电子市场。
市场上的生物可降解电子产品
生物可降解电子元件的优点使它们成为许多电子设备的理想材料。新型聚酰胺柔性薄膜提供了下一代可穿戴传感器所需的机械强度、光学特性和耐温性——可折叠电子产品的超薄触摸屏。以下生物可降解电子产品的发展尤其有前景:
聚酰胺的电影
自然产生的聚酰胺薄膜的新浪潮为薄而透明的电子设备提供了未来，这些电子设备在使用寿命结束时可以生物降解。为PCB设计，新型聚酰胺柔性薄膜的性能可以消除当前板材所见的典型环氧/丙烯酸胶粘剂层，并导致非常灵活，薄电路板．
水溶性电子器件
其他研究表明，水溶性材料可以作为集成电路以及其他用于环境传感器、医疗传感器或一次性手机的组件。水溶性电子器件被称为瞬态电子器件，在器件降解为水、生物流体或土壤作为废物之前，它接受在特定时间段内发生功能的编程。集成电路中使用的硅薄层溶解后形成环保硅酸。
场效应晶体管和环形振荡器
除了使用薄硅，研究团队还用二氧化硅和钨组成的化合物开发了场效应晶体管和环形振荡器。研究小组发现，他们可以通过材料厚度、离子类型、离子浓度和二氧化硅沉积方法来控制器件的溶解速率。
可生物降解的丝绸
在蚕丝蛋白中封装超薄硅和镁层的一种技术是从蚕茧中提取强大的、可生物降解的蚕丝蛋白。然后，该过程继续通过调整丝蛋白的性质来改变随时间间隔的降解量。由镁互连、硅薄层和氧化镁门组成的纳米膜作为高质量的半导体，可以控制功率或感知丝蛋白内的条件变化。由于瞬态电子器件利用了非常少量的硅和镁，这些天然材料的溶解不会影响人类健康或环境。
光波导
生物可降解电子元件的其他应用包括光波导和其他类型的环境兼容光子元件。光波导可以控制和传递光。丝质聚合物波导提供了生物调节和感知光的能力。
生物可降解光学电子器件的一个应用是将可食用光学传感器嵌入农产品中。这种无毒的光学传感器可以检测有害细菌，并在与食物一起食用后溶解。
研究人员还利用蜘蛛丝来引导光通过光子装置。这项技术的不断发展表明，光在丝绸中的流动与光在玻璃纤维中的流动类似。考虑到丝的光学特性，研究团队已经将丝集成到集成电路中，并使用丝来传播和引导光到电路的不同部分。用丝绸制成的光学传感器可以溶解，对环境无害。
生物可降解电子产品面临的挑战
虽然生物可降解医疗设备提供了希望，但研究团队仍在继续努力，以确保先进的聚合物和生物可降解成分完全溶解，不会留下有毒化学物质的微小痕迹。
其他挑战包括大规模生产软、瞬态电子元件和电路的开发。这些挑战与设计电路的挑战相吻合，即在溶解为环境或医学上无害的化合物之前，提供出色的电子特性并满足设计预期。
生物可降解电子产品的未来
尽管存在上述讨论的挑战，但生物降解电子产品的潜力似乎是无限的。农业传感器可以实时监测生长状况，将信息传输给农民，然后分解到土壤中。纳米医疗设备可以针对单个癌细胞，减少对化疗的需求。消费娱乐设备可以在寿命结束时自行分解，而不会向电子垃圾中排放有毒化学物质。国防应用的例子包括无人机或机器人设备，它们可以编程生物可降解的生命终结程序。这些只是生物可降解电子产品可能改变行业的几个例子——不可否认，生物可降解电子产品的未来是光明的。
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