Un team di ricerca presso il Dipartimento di ingegneria dell'informazione elettrica ed elettronica e l'Istituto di ricerca interdisciplinare ispirato all'elettronica (EIIRIS) della Toyohashi University of Technology ha sviluppato una biosonda ultraelastica utilizzando i progetti Kirigami. La biosonda basata su Kirigami consente ai ricercatori di seguire la forma di campioni biologici sferici e grandi deformabili come i tessuti del cuore e del cervello. Inoltre, la sua caratteristica di bassa deformazione riduce la forza indotta sugli organi, consentendo così la registrazione del segnale biologico minimamente invasiva. I risultati della loro ricerca saranno pubblicati in Materiali sanitari avanzati l'8 dicembre 2017.

L'elevata elasticità e deformabilità sono proprietà promettenti per aumentare le applicazioni dell'elettronica a film flessibile, inclusi sensori, attuatori, e raccoglitori di energia. In particolare, hanno un grande potenziale per applicazioni relative a campioni biologici morbidi tridimensionali come organi e tessuti che mostrano grandi e rapidi cambiamenti nella loro superficie e volume (ad es. un cuore che batte). Però, i dispositivi estensibili convenzionali a base di elastomeri richiedono una grande forza di deformazione per allungarlo, che deriva da una proprietà materiale intrinseca. Ciò rende impossibile seguire la deformazione dei tessuti biologici molli, prevenendo così la deformazione e la crescita naturali. Per le applicazioni del dispositivo relative a campioni biologici morbidi, è estremamente importante ridurre la forza di deformazione caratteristica dei dispositivi estensibili per realizzare misurazioni a bassa invasività e sicurezza.

Un team di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica dell'Informazione e l'EIIRIS presso la Toyohashi University of Technology ha sviluppato una biosonda ultraelastica utilizzando i design Kirigami.

"Per realizzare la biosonda ultraelastica con caratteristica di bassa forza di deformazione, abbiamo usato un design Kirigami come modello del dispositivo. La caratteristica notevole di Kirigami è che i materiali rigidi e non estensibili possono essere resi più elastici rispetto ad altri materiali estensibili a base di elastomeri. Il meccanismo di stiramento si basa su una piegatura fuori piano del film sottile piuttosto che sullo stiramento del materiale; perciò, la caratteristica di deformazione è estremamente bassa rispetto a quella dei dispositivi estensibili a base di elastomeri, " spiega il primo autore dell'articolo, dottorato di ricerca candidato Yusuke Morikawa.

Il capo del gruppo di ricerca, Professore Associato Takeshi Kawano, disse, "L'idea è germogliata nella mia mente una mattina quando mi sono svegliato e ho visto mio figlio giocare con Origami e Kirigami. L'ho visto realizzare l'elevata elasticità della carta durante la creazione dei disegni Kirigami. Questo mi ha fatto chiedere se sia possibile sviluppare elettronica estensibile utilizzando il concetto di Kirigami. Sorprendentemente, i nostri studi preliminari sui film di parylene a base di Kirigami mediante la tecnologia dei sistemi microelettromeccanici hanno mostrato un'elevata allungabilità di 1, 100%. Inoltre, siamo estremamente entusiasti del fatto che le biosonde fabbricate a base di Kirigami possiedano i distinti vantaggi di elevata elasticità e deformabilità, e sono in grado di registrare segnali biologici dalla superficie corticale e dal cuore pulsante di un topo".

Il team di ricerca ritiene che le biosonde basate su Kirigami possano essere utilizzate anche per sondare tessuti e organi che mostrano cambiamenti dipendenti dal tempo nella loro superficie e volume a causa di crescita o malattia. Questo dovrebbe portare alla realizzazione finale di un metodo di misurazione completamente nuovo che può essere strumentale nella comprensione dei meccanismi che governano la crescita e malattie come l'Alzheimer.