"Popup" 3D Strukturen können Gehirn Schaltungen nachahmen.


Durch die Nachahmung von Pop-up-Bücher für Kinder, können Wissenschaftler jetzt komplexe mikroskopische 3D-Formen, Modell Gehirn Schaltungen und Blutgefäße, machen Forscher sagen.

Diese komplizierten Strukturen, die winzigen Blumen und Pfauen, vielleicht eines Tages Hilfe Wissenschaftler elektronisch ähneln könnten Steuern lebendes Gewebe, die Forscher hinzugefügt.

Natürlich sind gebogene, dünne und flexible 3D Strukturen in der Biologie; Beispiele sind die Schaltungen von Gehirnzellen und Netzwerke der Venen. Materialwissenschaftler John Rogers, an der University of Illinois at Urbana-Champaign und seine Kollegen ähnlich komplexe Geräte erstellen möchten, die um diese biologischen Strukturen, wickeln kann potenziell zu unterstützen oder ihre Funktion zu verbessern. [5 verrückte Technologien, die Biotechnologie revolutioniert werden]

"Unser Fokus wurde auf das Gehirn, Herz und Haut", sagte Rogers.

Geräte, die die komplexen Strukturen in der Natur zu imitieren sind sehr schwierig auf mikroskopischen Skalen herzustellen. Aber jetzt, Rogers und seine Kollegen haben eine einfache Strategie für solche Herstellung, die beinhaltet flache 2D Strukturen, die pop-up in 3D Formen entwickelt.

"Die Analogie wäre Pop-up-Bücher für Kinder," sagte Rogers Leben Wissenschaft.

Um diese Strukturen zu fertigen, fabrizieren die Wissenschaftler 2D Muster von Bändern auf gedehnten elastischen Silikon-Kautschuk. In Experimenten die Bänder waren so klein wie 100 Nanometer breit oder etwa 1.000 Mal dünner als die durchschnittliche menschliche Haare und ließe sich aus einer Vielzahl von Materialien wie Silizium und Nickel.

Die 2D Muster sind so konzipiert, dass es starke und schwache Punkte der Klebrigkeit zwischen den Mustern und der Silikon-Kautschuk gibt, sie sitzen. Nachdem die Wissenschaftler die 2D-Entwürfe fabrizieren, lösen sie die Spannung auf die Silikon-Kautschuk. Die Schwachpunkte der Klebrigkeit Pause studieren entfernt "und oben erscheint eine 3D-Struktur" Co-Autor Yonggang Huang, Professor für Maschinenbau an der Northwestern University in Evanston, Illinois, sagte in einer Erklärung. "In nur einem Schuss erhalten Sie Ihre Struktur."

Die Forscher generiert mehr als 40 verschiedenen geometrischen Mustern aus einzelnen und mehreren Spiralen und Ringe zu kugelförmig Körbe, kubischen Boxen, Pfauen, Blumen, Zelte, Tische und Seesterne. Wissenschaftler konnten auch Muster mit mehreren Ebenen, ein bisschen wie mehrgeschossiges Gebäude arrangieren.

Diese neuen Pop-up-Technik hat viele Vorteile, die Ermittler sagten. Die Strategie ist schnell, preiswert und kann viele verschiedene Materialien in der Elektronik heute verwendet, um eine Vielzahl von mikroskopischen Strukturen bauen beschäftigen. Darüber hinaus können Forscher gleichzeitig viele verschiedene Strukturen aufbauen und unterschiedliche Materialien in Hybrid-Strukturen integrieren.

"Wir sind begeistert von der Tatsache, dass diese einfache Ideen und Systeme bieten sofortige Pfade zu breiten und bisher unzugängliche Klassen der 3D Micro und Nano-Strukturen in einer Weise, die kompatibel mit den leistungsfähigsten Materialien und Verarbeitungstechniken zur Verfügung", sagte Rogers. "Wir glauben, dass die Erkenntnisse mögliche Relevanz für eine Vielzahl von Microsystems Technologien haben – biomedizinische Geräte, Optoelektronik, Photovoltaik, 3D Schaltungen, Sensoren und So weiter."

Die Wissenschaftler sagten, dass ihre Pop-up-Montagetechnik hat viele Vorteile über 3D-Drucker, die 3D-Strukturen durch Hinterlegung Lagen Stoff übereinander zu schaffen. Obwohl 3D Druckern immer beliebter sind, arbeiten sie langsam. Darüber hinaus ist es schwierig für 3D-Drucker, Objekte mit mehreren Materialien zu bauen, und es ist fast unmöglich für diese Drucker zur Herstellung von Halbleitern oder einzelne kristalline Metalle, sagte der Forscher.

Dennoch betonte Rogers des Teams neue Strategie ergänzt 3D-Druck, und ist kein Versuch, diese Technik zu ersetzen.

Die Wissenschaftler derzeit diese Pop-up-Montage-Strategie verwenden, um elektronische Gerüste bauen, die überwachen und steuern das Wachstum von Zellen in Laborexperimenten können, sagte Rogers. "Wir auch diese Ideen sind spiralförmige, federnde Metall Interconnect Spulen und Antennen für sanfte elektronische Geräte entwickelt, um mit dem menschlichen Körper zu integrieren," sagte er.

Die Wissenschaftler ihre Ergebnisse detailliert online-heute (8. Januar) in der Fachzeitschrift Science.

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