(Phys.org)—I ricercatori che lavorano in un laboratorio di scienza dei materiali stanno letteralmente guardando il loro lavoro scomparire davanti ai loro occhi, ma intenzionalmente. Stanno sviluppando circuiti integrati idrosolubili che si dissolvono in acqua o biofluidi in mesi, settimane, o anche pochi giorni. Questa tecnologia, chiamata elettronica transitoria, potrebbe avere applicazioni per impianti biomedici, sensori a zero rifiuti, e molti altri dispositivi a semiconduttore.

I ricercatori, guidato da John A. Rogers all'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign e Fiorenzo Omenetto alla Tufts University, hanno pubblicato uno studio in un recente numero di Lettere di fisica applicata in cui hanno analizzato le prestazioni e i tempi di dissoluzione di vari materiali semiconduttori.

Il lavoro si basa su ricerche precedenti, dagli autori e altri, che ha dimostrato che il silicio, il materiale semiconduttore più comunemente usato nei dispositivi elettronici di oggi, può dissolversi in acqua. Sebbene ci vorrebbero secoli per dissolvere il silicio sfuso, strati sottili di silicio possono dissolversi in tempi più ragionevoli a velocità basse ma significative di 5-90 nm/giorno. Il silicio si dissolve per idrolisi, in cui acqua e silicio reagiscono per formare acido silicico. L'acido silicico è ambientalmente e biologicamente benigno.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno analizzato le caratteristiche di dissoluzione del biossido di silicio e del tungsteno, che hanno usato per fabbricare due dispositivi elettronici:transistor ad effetto di campo e oscillatori ad anello.

In condizioni biocompatibili (37 °C, 7,4 pH), i tassi di dissoluzione variavano da 1 settimana per i componenti in tungsteno, da 3 mesi a 3 anni per i componenti in biossido di silicio. I tassi di dissoluzione possono essere controllati da diversi fattori, come lo spessore dei materiali, la concentrazione e il tipo di ioni nella soluzione, e il metodo utilizzato per depositare il biossido di silicio sul substrato originale.

Come mostrato nelle immagini al microscopio, i circuiti non si dissolvono in modo uniforme, modalità strato per strato, ma invece alcuni luoghi si dissolvono più rapidamente di altri. Ciò è dovuto a rotture meccaniche nei circuiti fragili, che fanno sì che la soluzione penetri attraverso gli strati più in alcuni punti che in altri.

Sebbene anche i materiali elettronici organici siano spesso biodegradabili, l'elettronica a base di silicio ha i vantaggi di prestazioni complessivamente più elevate e l'uso di processi di fabbricazione complementari di semiconduttori di ossido di metallo (CMOS) che consentono la produzione di massa.

"La scoperta più significativa è che esistono scelte nei materiali, progettazioni di dispositivi e sequenze di elaborazione che consentono di produrre elettronica transitoria in strutture di fabbricazione di silicio convenzionali, "Ha detto Rogers Phys.org . "La conseguenza immediata è un rapporto costo-efficacia, percorso ad alto volume verso la produzione."

L'elettronica transitoria potrebbe avere una gamma molto ampia di nuove applicazioni, particolare in campo medico. Per esempio, potrebbero essere usati per fare cateteri che si dissolvono; sensori biodegradabili che monitorano il rene, cuore, e polmoni; e l'elettronica idrosolubile che monitora le infezioni batteriche dopo l'intervento chirurgico.

Per quanto riguarda le applicazioni ambientali, l'elettronica transitoria potrebbe essere utilizzata come sensori che trasmettono dati da posizioni remote, e poi degradare nel terreno per eliminare i rifiuti.

I ricercatori hanno in programma di lavorare su queste applicazioni nel prossimo futuro.

"Stiamo lavorando alla costruzione di circuiti più avanzati, e farlo con fonderie commerciali, e sulle tecniche di assemblaggio di back-end che consentiranno di distribuire questi circuiti su una gamma di substrati polimerici biodegradabili, " ha detto Rogers.

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