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來源：賓厄姆頓大學(xué)

無論是經(jīng)常使用、過度使用還是濫用，每一個設(shè)備都會在某個時候出現(xiàn)裂縫。這就是事物的本質(zhì)。

不過，在使用生物醫(yī)學(xué)設(shè)備時，裂縫可能會特別危險，因為生物醫(yī)學(xué)設(shè)備可能會對患者造成生命危險。

賓厄姆頓大學(xué)研究小組的一項新研究使用人體皮膚剖析圖作為模型，不是為了防止裂縫，而是為了以盡可能最好的方式引導(dǎo)裂縫，避免關(guān)鍵部件，使修復(fù)變得容易。

這項研究發(fā)表在9月17日的《科學(xué)報道》雜志上，由賓厄姆頓大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程副教授蓋伊·德爾曼和博士生克里斯托弗·馬約拉納領(lǐng)導(dǎo)。在這項研究中，Maiorana用硅基聚二甲基硅氧烷（PDMS）設(shè)計了一系列單層和雙層膜，PDMS是一種用于生物醫(yī)學(xué)研究的惰性無毒材料。嵌入到這些層中的是微小的通道，用來引導(dǎo)任何裂縫的形成，當(dāng)作為生物醫(yī)學(xué)設(shè)備的一部分時，這些裂縫將對裂縫的形成提供更多的控制。潛在的損害可能會繞過柔性電子產(chǎn)品的關(guān)鍵領(lǐng)域，例如，增加其功能壽命。

德爾曼說：“在這個相對較新的超彈性材料領(lǐng)域，能真正拉伸的材料已經(jīng)做了很多工作，但在斷裂控制領(lǐng)域還沒有。”斷裂控制只在較脆的材料中進(jìn)行過探索。”

Maiorana和German說，特別重要的是，PDMS是柔性膜的基礎(chǔ)，因為它以廣泛的用途而聞名。這項研究還整合了其他常用材料。

“我們不使用任何外來材料，”馬約拉納說。我們不是在發(fā)明新的金屬或陶瓷。我們用橡膠或者普通玻璃來做這些事情。我們采納了這一基本理念，并使之發(fā)揮了作用。”

German正在進(jìn)行的對人類皮膚的研究使他認(rèn)識到，最外層稱為角質(zhì)層，呈現(xiàn)出一個V形微通道網(wǎng)絡(luò)，似乎能夠引導(dǎo)到皮膚上。

這項研究是從在非生物材料中重現(xiàn)這種效應(yīng)開始的。先前的微裂紋定向嘗試使用了更為堅實的手段，例如在柔性電子元件最敏感的部分周圍形成銅膜。

他說：“盡管這層膜看起來和感覺完全像一層普通的、無聊的膜，但只要拉伸它，裂縫就會偏離它通常會開裂的地方45度角。”我覺得很酷。”

由于膜的制作周期很長，Maiorana經(jīng)常會花一周時間來制作一個膜，然后在幾秒鐘內(nèi)將其撕開，然后重新開始制作下一個膜。他認(rèn)為添加劑制造的精密度不斷提高，并且能夠打印出更小的特征，從而使膜的生產(chǎn)成為可能。

“克里斯正在設(shè)計自己的制造系統(tǒng)來制造這些基底，”German說，“因為他必須用3D打印一個模具，然后用這個智能系統(tǒng)來控制這些峽谷在基底中的深度。這在技術(shù)上確實具有挑戰(zhàn)性。”

Maiorana補(bǔ)充道：“它有一定的藝術(shù)水平。你認(rèn)為這是一個完整的科學(xué)過程，是的，但其中一部分是你以前做過這個過程，你知道它應(yīng)該是什么樣子。”

German說，這項研究進(jìn)一步推動了生物醫(yī)學(xué)工程師從自然界已經(jīng)完善的東西中學(xué)習(xí)的探索。

他說：“無論你是多么優(yōu)秀的工程師，進(jìn)化論都會首先想到這一點(diǎn)。”進(jìn)化總是勝利的。”

More information: Christopher H. Maiorana et al, Embedding topography enables fracture guidance in soft solids, Scientific Reports (2019). DOI: 10.1038/s41598-019-49986-1

Journal information: Scientific Reports

原文鏈接：https://phys.org/news/2019-09-flexible-technology-longer-critical-failures.html

聲明：本文由 Newfellow 編譯，中文內(nèi)容僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準(zhǔn)。