Sensori cerebrali e tag elettronici che si dissolvono. Aumentare il potenziale delle fonti energetiche rinnovabili. Questi sono esempi delle ultime ricerche di due scienziati pionieri selezionati come docenti Kavli di quest'anno al 247th National Meeting &Exposition dell'American Chemical Society (ACS).
L'incontro prevede più di 10, 000 presentazioni dalle frontiere della ricerca chimica, e si terrà qui fino a giovedì. Due di questi colloqui sono supportati da The Kavli Foundation, un'organizzazione filantropica che incoraggia l'innovazione scientifica di base. Queste lezioni, che sono un punto culminante della conferenza, accendi i riflettori sul lavoro di ricercatori sia giovani che affermati che stanno spingendo i confini della scienza per affrontare alcuni dei problemi più urgenti del mondo.
Affrontare contemporaneamente problemi di salute e sostenibilità, John Rogers, dottorato di ricerca, sta sviluppando una vasta gamma di materiali, dal magnesio e silicio alla seta e persino alla carta di riso, per realizzare componenti elettronici biodegradabili che possono essere potenzialmente utilizzati in una vasta gamma di applicazioni. Condurrà "The Fred Kavli Innovations in Chemistry Lecture".
"Quello che stiamo scoprendo è che c'è una gamma robusta e diversificata di opzioni di materiali a ogni livello, " ha detto Rogers, chi è con l'Università dell'Illinois, Urbana-Champaign. "Per il conduttore, per il semiconduttore, per lo strato isolante e il pacchetto e il substrato, si può selezionare e scegliere i materiali a seconda dei requisiti dell'applicazione."
Il team di Rogers sta lavorando per incorporare alcuni di questi elementi in sensori che possano, Per esempio, rilevare l'insorgenza precoce di gonfiore e sbalzi di temperatura nel cervello dopo lesioni alla testa e poi svanire quando non sono più necessari. Oggi, i dispositivi progettati per questi scopi sono cablati:devono essere impiantati e successivamente rimossi completamente una volta che non sono più necessari. Il sensore di Rogers potrebbe essere impiantato ma funziona in modalità wireless e, dopo l'uso, "semplicemente scomparire". Ciò elimina il rischio di infezione e altre complicazioni associate alla rimozione chirurgica dei dispositivi. Rogers ha testato con successo i primi prototipi di sensori in animali da laboratorio e prevede che tali dispositivi potrebbero essere utilizzati un giorno su pazienti umani.
Il suo gruppo sta anche lavorando su tag di identificazione biodegradabili a radiofrequenza, o tag RFID. Attualmente, Gli RFID sono prodotti a miliardi e utilizzati in tutto, dai jeans per tracciare con precisione l'inventario alle smart card e iniettati negli animali domestici. Si trovano anche nelle confezioni dei prodotti che finiscono nelle discariche. Usando la cellulosa, zinco e silicio, Rogers ha realizzato con successo tag RFID solubili in laboratorio. Il prossimo passo sarebbe capire come aumentare la produzione e commercializzarla.
"Siamo abbastanza ottimisti, "Ha detto Rogers. "Vediamo la strada da seguire e siamo circa a metà strada".
Presentando la "Lezione emergente leader in chimica della Fondazione Kavli" è Emily Weiss, dottorato di ricerca, della Northwestern University. Il suo laboratorio è focalizzato sull'ottenere la massima potenza possibile da nanomateriali misti e abbinati che vengono sviluppati per massimizzare le fonti di energia rinnovabile. Gli scienziati possono ora progettare questi materiali con una precisione senza precedenti per catturare grandi quantità di energia, ad esempio, dal sole e da fonti di calore. Ma ottenere tutta quell'energia da questi materiali e spingerla nel mondo per potenziare case e gadget sono stati i principali ostacoli.
"La corrente elettrica ha origine dal movimento degli elettroni attraverso un materiale, " ha spiegato Weiss. "Ma mentre si muovono attraverso un materiale o un dispositivo, incontrano luoghi in cui devono saltare da un tipo di materiale a un altro in quella che viene chiamata interfaccia. Per interfacce, Intendo luoghi in cui si incontrano parti del materiale che non sono esattamente uguali. Il problema è quando un elettrone deve passare da un materiale all'altro, perde energia".
Man mano che le strutture nei materiali diventano più piccole, il problema dell'interfaccia si amplifica perché i nanomateriali hanno una superficie maggiore rispetto al loro volume. Quindi gli elettroni in questi dispositivi avanzati devono viaggiare attraverso sempre più interfacce, e perdono energia sotto forma di calore ogni volta.
Ma grazie agli ultimi progressi negli strumenti analitici e nella potenza di calcolo, Il gruppo di Weiss è pronto a trasformare questo svantaggio in un vantaggio. "Piuttosto che vedere tutte queste interfacce come un aspetto negativo, ora non dobbiamo considerarlo un inconveniente, " ha detto. "Possiamo progettare un'interfaccia tale da poter eliminare i difetti e sbarazzarsi di questo rallentamento. Possiamo effettivamente utilizzare interfacce progettate con cura per migliorare le proprietà del tuo dispositivo. Questo tipo di filosofia sta iniziando a prendere piede".
