Gli elettrodi vengono trascritti stampando gli elettrodi su idrogel e facendo rotolare le fibre sugli elettrodi (a sinistra), Caratteristiche della modalità e misurazione cardiaca effettiva applicata alla misurazione del flusso fototematico a portata di mano inserendo un fotodiodo trascrizionale nella fibra (a destra) Credito:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
I progressi nei dispositivi indossabili hanno consentito agli e-textiles, che fondono tessuti leggeri e confortevoli con un'elettronica intelligente, e stanno attirando l'attenzione come tecnologia indossabile di nuova generazione. In particolare, dispositivi elettronici in fibra dotati di proprietà elettriche, pur mantenendo le caratteristiche specifiche dei tessuti, sono elementi chiave nella produzione di e-textiles.
I dispositivi optoelettronici sono generalmente costruiti utilizzando strati di semiconduttori, elettrodi, e isolanti; le loro prestazioni sono fortemente influenzate dalle dimensioni e dalla struttura degli elettrodi. I componenti elettronici in fibra per e-textile devono essere fabbricati su sottili, fili flessibili; poiché questi dispositivi non possono essere più larghi di fili di diametro di pochi micrometri, è una sfida migliorare le prestazioni di tali componenti elettronici in fibra. Però, un team di scienziati coreani ha ricevuto attenzione dopo aver sviluppato una nuova tecnologia per superare queste limitazioni.
Un team di ricercatori, guidato dal Dr. Hyunjung Yi e dal Dr. Jung Ah Lim, presso il Post-silicon Semiconductor Institute del Korea Institute of Science and Technology (KIST) ha annunciato di aver sviluppato una tecnica per fabbricare componenti elettronici in fibra, come transistor e fotodiodi, con le strutture elettrodiche desiderate mediante avvolgimento. Nello specifico, l'array di elettrodi desiderato può essere fabbricato utilizzando una stampante a getto d'inchiostro, e un filo di elettrodo rivestito con una superficie a semiconduttore viene arrotolato sopra questi elettrodi.
(a) Schema del processo di rolling-transfer di microelettrodi CNT stampati. (b) Fotografie di microelettrodi CNT avvolti a spirale su un PU nudo e su una microfibra Au rivestita con un semiconduttore organico. Credito:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Nel 2019, La dott.ssa Yi e il suo team di ricerca hanno sviluppato una tecnica per costruire una serie di elettrodi su una determinata superficie stampando inchiostro di nanotubi di carbonio (CNT) su un modello costituito da un idrogel idrofilo e trasferendo l'inchiostro CNT sulla superficie desiderata ( Nano lettere 2019, 19, 3684-3691). Una volta stampato sull'idrogel, gli elettrodi CNT si comportano in modo simile a galleggiare sull'acqua. Quindi, i ricercatori hanno previsto la possibilità di trasferire tali elettrodi intatti sulle superfici delle fibre facendo rotolare le fibre sugli elettrodi. In uno studio collaborativo con il Dr. Lim e il suo team, i ricercatori sono stati in grado di sviluppare componenti elettronici in fibra ad alte prestazioni senza danneggiare lo strato semiconduttore o gli elettrodi CNT. I transistor in fibra avvolti con elettrodi CNT hanno mantenuto prestazioni stabili di almeno l'80% anche con un raggio di curvatura acuto di 1,75 mm.
Usando la proprietà semitrasparente dell'elettrodo CNT, i ricercatori sono anche riusciti a sviluppare fotodiodi in fibra per rilevare la luce avvolgendo gli elettrodi CNT attorno a fili di elettrodi rivestiti con un semiconduttore che produce corrente all'assorbimento della luce. I fotodiodi in fibra possono rilevare un'ampia gamma di luce visibile e hanno sensibilità eccellenti paragonabili a quelle dei componenti rigidi. I ricercatori hanno fabbricato un guanto da un tessuto contenente questi fotodiodi e diodi a emissione di luce (LED). I LED producono luce, e i fotodiodi misurano l'intensità della luce riflessa dalle dita, che cambia in base al flusso sanguigno. Così, il guanto può essere utilizzato per misurare il polso di chi lo indossa.
Il Dr. Lim ha affermato che "Il cardiofrequenzimetro a guanto da dita sviluppato da noi potrebbe offrire un'alternativa al dispositivo di monitoraggio del polso a clip convenzionale. Presenta i vantaggi di essere più accessibile per i pazienti grazie alla sua struttura comoda e morbida e di essere in grado di misurare il polso in tempo reale in qualsiasi momento e luogo." Dottor Yi, il co-investigatore, ha dichiarato che "Questa ricerca fornisce un nuovo approccio alla fabbricazione di elettrodi, che rimane un problema importante da risolvere nello sviluppo di dispositivi in fibra. Ci aspettiamo che questi risultati possano far progredire il campo dal miglioramento delle prestazioni dei componenti optoelettronici in fibra allo sviluppo di dispositivi elettronici in fibra con circuiti complessi".
