Na última década, engenheiros e cientistas de materiais desenvolveram vários dispositivos eletrônicos baseados em hidrogéis macios, incluindo sensores ambientais e biomédicos, dispositivos de administração de medicamentos e tecidos artificiais. Apesar do enorme potencial desses dispositivos à base de hidrogel, sua ampla implementação até agora foi prejudicada por seus altos custos de produção.
Uma equipe de pesquisa liderada pela Dra. Nanjia Zhou, da Westlake University e do Westlake Institute of Advanced Studies, na China, introduziu recentemente uma nova estratégia para permitir a impressão 3D de componentes eletrônicos de hidrogel macio. Sua abordagem, apresentada em um artigo publicado na Nature Electronics, pode ajudar a reduzir os custos de produção de vários dispositivos baseados em hidrogel, incluindo sensores de deformação, indutores e eletrodos biológicos.
“Optamos por estudar a produção de hidrogel porque, embora a maioria dos componentes eletrônicos macios atuais sejam baseados em elastômeros e polímeros flexíveis, inegavelmente o hidrogel é mais semelhante ao corpo humano e pode levar a uma melhor integração do tecido e menos respostas imunes”, Dr. Yue Hui, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse ao TechXplore. “Conforme sugerido por estudos anteriores, pensamos que o hidrogel é um candidato promissor para a criação de futuros dispositivos eletrônicos de saúde”.
O principal objetivo do estudo recente de Hui e seus colegas foi elaborar uma estratégia eficiente para fabricar eletrônicos baseados em hidrogel cada vez mais complexos e biomedicalmente úteis. A abordagem proposta é baseada na tecnologia de impressão 3D, utilizando especificamente uma matriz de suporte à base de hidrogel e uma tinta de hidrogel de prata extensível.
“O método de impressão 3D incorporado que desenvolvemos envolve a impressão de forma livre de uma tinta de hidrogel condutora em uma matriz de suporte de hidrogel e a subsequente cura das duas partes para formar um dispositivo eletrônico macio e elástico”, explicou Hui. “Eles são baseados nas propriedades reológicas adequadas da matriz e da tinta, bem como no mecanismo de cura ortogonal do alginato e da poliacrilamida, que são os principais componentes do hidrogel.”
Os pesquisadores descobriram que a combinação de um enchimento condutor (ou seja, flocos de prata) com partículas de gel granular levou à formação de uma estrutura segregada na tinta de impressão 3D condutora. Esta tinta exibiu uma notável condutividade elétrica de mais de 1.400 S/cm.
Para demonstrar a viabilidade da estratégia proposta, Hui e seus colegas a usaram para criar uma série de componentes eletrônicos baseados em hidrogel, incluindo sensores de deformação, indutores e eletrodos biológicos. Os dispositivos resultantes tiveram um desempenho excepcionalmente bom, sugerindo que essa abordagem poderia ser usada para criar uma variedade de novas tecnologias baseadas em hidrogel.
“Como demonstramos em nosso artigo, nosso método pode ser usado para fabricar vários dispositivos eletrônicos de hidrogel com diferentes funcionalidades”, disse Hui. “Particularmente, podemos imprimir diretamente eletrodos expostos que podem se comunicar com o mundo exterior e podemos incorporar componentes como LEDs e chips no circuito por meio de impressão. Nossas descobertas indicam que, com um design delicado, podemos realmente criar dispositivos eletrônicos de hidrogel funcionais.”
No futuro, o trabalho recente dessa equipe de pesquisadores pode permitir a fabricação de eletrônicos mais complexos e sofisticados à base de hidrogel, incluindo dispositivos biomédicos e novas tecnologias para monitorar o meio ambiente. Hui e seus colegas agora estão trabalhando para melhorar sua estratégia de impressão 3D para facilitar ainda mais sua implementação no mundo real e em larga escala.
“Vamos continuar otimizando os materiais e métodos”, acrescentou Hui. “Por exemplo, ainda falta um estudo sistemático e teórico sobre a tinta condutiva com estrutura segregada, o que pode ser a chave para melhorar ainda mais sua condutividade. Também planejamos projetar e fabricar dispositivos biomédicos e validar suas funcionalidades em animais.”
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