Een onderzoeksteam van de afdeling Electrical and Electronic Information Engineering en het Electronics-Inspired Interdisciplinary Research Institute (EIIRIS) van de Toyohashi University of Technology heeft een ultrarekbare bioprobe ontwikkeld met behulp van Kirigami-ontwerpen. De op Kirigami gebaseerde bioprobe stelt onderzoekers in staat om de vorm van bolvormige en grote vervormbare biologische monsters zoals hart- en hersenweefsel te volgen. In aanvulling, zijn lage trekkrachtkarakteristiek vermindert de kracht die op organen wordt uitgeoefend, waardoor minimaal invasieve biologische signaalregistratie mogelijk wordt. De resultaten van hun onderzoek worden gepubliceerd in Geavanceerde materialen voor de gezondheidszorg op 8 dec. 2017.

Hoge rekbaarheid en vervormbaarheid zijn veelbelovende eigenschappen om de toepassingen van flexibele filmelektronica, waaronder sensoren, actuatoren, en energie-oogstmachines. Vooral, ze hebben een groot potentieel voor toepassingen die verband houden met driedimensionale zachte biologische monsters zoals organen en weefsels die grote en snelle veranderingen in hun oppervlak en volume vertonen (bijv. een kloppend hart). Echter, conventionele rekbare apparaten op basis van elastomeer vereisen een grote trekkracht om het uit te rekken, die voortkomt uit een intrinsieke materiële eigenschap. Hierdoor is het onmogelijk om de vervorming van zachte biologische weefsels te volgen, waardoor natuurlijke vervorming en groei wordt voorkomen. Voor apparaattoepassingen met betrekking tot zachte biologische monsters, het is uiterst belangrijk om de trekkrachtkarakteristiek van de rekbare apparaten te verminderen om een ​​lage invasiviteit en veilige metingen te realiseren.

Een onderzoeksteam van de afdeling Electrical and Electronic Information Engineering en de EIIRIS van de Toyohashi University of Technology heeft een ultrarekbare bioprobe ontwikkeld met behulp van Kirigami-ontwerpen.

"Om de ultrarekbare biosonde met een lage trekkrachtkarakteristiek te realiseren, we gebruikten een Kirigami-ontwerp als het apparaatpatroon. Het opmerkelijke kenmerk van Kirigami is dat stijve en niet-rekbare materialen rekbaarder kunnen worden gemaakt in vergelijking met andere rekbare materialen op elastomeerbasis. Het rekmechanisme is gebaseerd op een uit het vlak buigen van de dunne film in plaats van uitrekken van het materiaal; daarom, de trek-spanningskarakteristiek is extreem laag in vergelijking met die van op elastomeer gebaseerde rekbare apparaten, " legt de eerste auteur van het artikel uit, doctoraat kandidaat Yusuk Morikawa.

De leider van het onderzoeksteam, Universitair hoofddocent Takeshi Kawano, zei, "Het idee ontkiemde in mijn hoofd op een ochtend toen ik wakker werd en mijn zoon zag spelen met Origami en Kirigami. Ik zag hem de hoge rekbaarheid van het papier realiseren tijdens het maken van de Kirigami-ontwerpen. Dit deed me afvragen of het mogelijk is om rekbare elektronica te ontwikkelen met behulp van het concept van Kirigami. onze voorlopige onderzoeken naar op Kirigami gebaseerde paryleenfilms door micro-elektromechanische systeemtechnologie vertoonden een hoge rekbaarheid van 1, 100%. In aanvulling, we zijn buitengewoon enthousiast dat de gefabriceerde biosondes op basis van Kirigami de duidelijke voordelen hebben van een hoge rekbaarheid en vervormbaarheid, en zijn in staat om biologische signalen van het corticale oppervlak en het kloppend hart van een muis op te nemen."

Het onderzoeksteam is van mening dat de op Kirigami gebaseerde bioprobes ook kunnen worden gebruikt om weefsels en organen te onderzoeken die tijdafhankelijke veranderingen in hun oppervlak en volume vertonen als gevolg van groei of ziekte. Dit zal naar verwachting leiden tot de uiteindelijke realisatie van een geheel nieuwe meetmethode die behulpzaam kan zijn bij het begrijpen van de mechanismen die groei en ziekten zoals de ziekte van Alzheimer beheersen.