Η πρόοδος της τεχνολογίας των φορετών συσκευών (wearables) και των βιοϊατρικών αισθητήρων έχει μπει σε τροχιά επανάστασης, ωστόσο ένα από τα βασικά εμπόδια που αντιμετωπίζει είναι η χημεία. Η κατασκευή ηλεκτρονικών εξαρτημάτων που είναι ταυτόχρονα εύκαμπτα, αγώγιμα και ασφαλή για τον ανθρώπινο οργανισμό απαιτεί συνήθως περίπλοκες διαδικασίες και επικίνδυνους διαλύτες. Ωστόσο, μια πρόσφατη ανακάλυψη από τα Πανεπιστήμια Linköping και Lund στη Σουηδία ανατρέπει τα δεδομένα, εισάγοντας μια διαδικασία εκτύπωσης με φωτισμό που προσφέρει σημαντική απλοποίηση.
Η καινοτομία της «φωτεινής» χημείας
Η καρδιά της μεθόδου αυτής είναι τα αγώγιμα πλαστικά, γνωστά ως συζυγή πολυμερή. Αυτά τα υλικά συνδυάζουν τις ηλεκτρικές ιδιότητες των μετάλλων με την ευκαμψία και το ελαφρύ βάρος του πλαστικού. Η παραδοσιακή παραγωγή αυτών των πολυμερών απαιτεί επικίνδυνα χημικά ή υπεριώδη ακτινοβολία, καθιστώντας τη διαδικασία μη εφαρμόσιμη σε βιολογικούς ιστούς και δαπανηρή.
Η σουηδική ερευνητική ομάδα, σε συνεργασία με ερευνητές από το Νιου Τζέρσεϊ, ανέπτυξε μονομερή που ενεργοποιούνται και σχηματίζουν πολυμερή μόλις εκτεθούν σε ορατό φως. Αυτή η διαδικασία δεν απαιτεί ακριβό εξοπλισμό, καθώς ακόμα και μια απλή πηγή φωτός LED είναι ικανή να επιτελέσει το έργο.
Ο Ξενοφών Στρακόσας, επίκουρος καθηγητής στο Εργαστήριο Οργανικών Ηλεκτρονικών (LOE) του Πανεπιστημίου Linköping, θεωρεί ότι αυτή η εξέλιξη είναι μια σημαντική τομή. Όπως σημειώνει, η νέα διαδικασία καθιστά την παραγωγή ηλεκτρονικών συσκευών πιο προσιτή και ευέλικτη, αφήνοντας πίσω τις παλιές μεθόδους που απαιτούν ακριβό εξοπλισμό.
Από το εργαστήριο στην πραγματική εφαρμογή
Η διαδικασία είναι εκπληκτικά απλή: ένα διάλυμα με τα ειδικά μονομερή τοποθετείται στην επιθυμητή επιφάνεια, και μια δέσμη φωτός «ζωγραφίζει» το κύκλωμα. Μόνο οι περιοχές που εκτίθενται στο φως μετατρέπονται σε στερεό, αγώγιμο πλαστικό, αφήνοντας εύκολα καθαρό το υπόλοιπο υλικό.
Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα είναι η βιοσυμβατότητα. Ο Tobias Abrahamsson, ερευνητής στο LOE και κύριος συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Angewandte Chemie, υπογραμμίζει ότι η «ήπια χημεία» της μεθόδου εξασφαλίζει ότι οι ιστοί ανέχονται τα υλικά χωρίς παρενέργειες, ενώ είναι ικανοί να μεταφέρουν ηλεκτρόνια και ιόντα, διευκολύνοντας την επικοινωνία με το σώμα, ένα κρίσιμο χαρακτηριστικό για ιατρικές εφαρμογές.
Αποδείξεις επί… δέρματος
Για να επιβεβαιώσουν τη λειτουργικότητα της μεθόδου, οι επιστήμονες πραγματοποίησαν πειράματα σε δέρμα αναισθητοποιημένων ποντικών, δημιουργώντας ηλεκτρόδια με φωτο-εκτύπωση και καταγράφοντας την εγκεφαλική δραστηριότητα. Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά, με την ποιότητα των καταγραφών να είναι ανώτερη από αυτήν των συμβατικών μεταλλικών ηλεκτροδίων EEG.
Αυτό το εύρημα ανοίγει το δρόμο για μια νέα γενιά διαγνωστικών εργαλείων. Φανταστείτε αισθητήρες που δεν απαιτούν τζελ ή κόλλες, αλλά «τυπώνεται» προσωρινά στο δέρμα για εξετάσεις και αφαιρούνται εύκολα, ή ηλεκτρονικά κυκλώματα ενσωματωμένα στην ύφανση των ρούχων μας που παρακολουθούν ζωτικές λειτουργίες χωρίς καμία ενόχληση.
Το μέλλον των οργανικών ηλεκτρονικών
Η χρήση ορατού φωτός για την παραγωγή αγώγιμων υλικών δεν περιορίζεται μόνο στην ιατρική. Αυτή η μέθοδος προσφέρει βιώσιμες λύσεις για την βιομηχανική παραγωγή οργανικών κυκλωμάτων σε μεγάλη κλίμακα, περιορίζοντας τη χρήση επικίνδυνων διαλυτών και μειώνοντας το περιβαλλοντικό αποτύπωμα της διαδικασίας.
Η εξέλιξη αυτή παρέχει στους μηχανικούς σχεδιασμού άνευ προηγουμένου ελευθερία, καθώς η τεχνολογία, που προηγουμένως φαινόταν πολύπλοκη, μπορεί πλέον να σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας απλά φωτιστικά μέσα.
Καθώς προχωρεί η έρευνα, το επόμενο βήμα είναι η ανάπτυξη εφαρμογών που εκμεταλλεύονται την ευκολία αυτής της τεχνολογίας, όπως έξυπνοι επιδέσμοι που παρακολουθούν την επούλωση τραυμάτων ή τεχνολογίες που ενσωματώνονται σε καθημερινά ρούχα για ολοκληρωμένα συστήματα υγείας.
