JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
 Annonsera Utgivningsplan Månadsmagasinet Prenumerera Konsultguide Om oss  About / Advertise
fredag 23 augusti 2019 VECKA 34
Guidelines for contributing Technical Papers: download PDF

Om du mekaniskt vill koppla en människokropp till elektronik använder du med fördel ett mjukt gränssnitt. Kontakter av det slaget är specialiteten på Klas Tybrandts forskningsgrupp i mjuk elektronik vid Laboratoriet för organisk elektronik på Linköpings universitet.

Klas Tybrandt

– Vanlig elektronik är inte anpassad för att vara ett gränssnitt mot mänsklig vävnad, säger Klas Tybrandt.

”Mjuk” betyder här formbar, elastisk, komprimerbar, tänjbar. Plastelektronik – som kollegor på samma labb jobbat länge med – kan ha viss flexibilitet. Men plast är stelt, gör motstånd och går sönder om man töjer det. Och det sliter på vävnaden om du försöker koppla det mekaniskt till kroppen.

Forskningsgruppen mjuk elektronik

Den sju personer starka gruppen ”Mjuk elektronik” bildades för ett år sedan vid Laboratoriet för organisk elektronik på Linköpings universitet. Området är ”elektriskt ledande och halvledande material som kan deformeras mekaniskt”.

Den elektronik som gruppen utvecklar och använder är huvudsakligen konventionell. Det är bara gränssnittet till människan som behöver anpassas.

– Vi utvecklar nya elektriskt ledande material som kan användas som en brygga mellan vanlig elektronik och vävnad, säger Klas Tybrandt.

Gruppen utvecklar även nya deformerbara material för transistorer, aktuatorer och termogeneratorer.

Mjuk elektronik är ett hett ämne internationellt. Bland annat för att medicinsk elektronik är ett prioriterat område och för att elektronikutvecklingen har gjort det enklare att göra avancerade experiment, exempelvis med små trådlöst kommunicerande implanterade komponenter.

Här på Linköpings universitets Campus Norrköping finns den svenska kompetensen koncentrerad. Trycktekniken som finns på Labbet för organisk elektronik är en nationell resurs som drivs tillsammans med institutet RISE och som mjuka elektronikgruppen utnyttjar flitigt.

Det som tryckts här hittills har varit ledare och komponenter på plastsubstrat.

– Vi tar de metoderna men ändrar materialen och ser till att det mekaniska fungerar.

Mjuk elektronik är en materialvetenskap. Utmaningarna ligger mikrofabriceringen, materialutvecklingen och i detaljer som att kunna snåla på guldet och att vara biokompatibel.

Gruppen är en av flera vid Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet. Där finns hundra forskare som skapar tekniska nyheter på löpande band om bland annat elektroniska växter, neuromediciner, nanooptik, energimaterial, tryckt elektronik och joniska kretsar.

Ett av mjuka gruppens projekt är ett gränssnitt till centrala och perifera nervsystemet. Det är en tunn, elastisk halvcentimeter bred remsa i silikongummi innehållande 32 parallella ledare av en metallnanokomposit.

Ena änden är ett miniatyriserat kontaktdon till en förstärkare. Den andra änden exponerar de 32 ledarna i varsin platinapläterad öppning med en diameter på 50 µm, ordnade i en 4 × 8-matris med 200 µm mellanrum.

Denna ”flatkabel till nervsystemet” togs fram i samarbete med ETH Zürich och visade sig fungera i tre månader implanterat i en råtthjärnas känselcentrum. Kontakten probade den elektriska potentialen i de 32 punkterna utan att skada vävnad eller stötas bort.

Me­tall­kom­po­si­ten utgörs av tunna guldbelagda nanotrådar i titanoxid. De behåller sin låga resistans även när remsan är utsträckt i sin dubbla längd.

Ofta mäts hjärnaktivitet med EEG via elektroder som mäter spänninng fästa i hårbotten. Men upplösningen vid EEG blir inte lika bra som kompositremsans direktkontakt med hjärnvävnaden, även om inte heller den mäter enskilda nervceller utan liksom EEG bara registrerar aktivitet från kluster av hjärnceller.

En framtida tillämpning för remsan skulle kunna vara att spana efter tecken på epileptiska anfall. Eller att utreda hur hjärnan är skadad efter en skallfraktur. Eller ännu mer fantasieggande – att styra proteser.

Antalet ledare och geometrin i kontakten skulle utformas efter tillämpningen. Eventuell kommersialisering av denna typ av ”hjärnkontakt” ligger dock relativt långt bort.

– Den här typen av system komma börja användas inomom fem- till tioårsperiod, om jag skulle gissa.

Man kan också vända på steken och låta kontakten mata elektricitet, till exempel för att stimulera skadade nerver att växa. Här har gruppen ett pågående forskningsprojekt med Hand- och plastikkirurgiska kliniken på Universitetssjukhuset i Linköping. Gränssnittet är trådlöst uppkopplat och ska stimulera nerver i hand över månader.

Just nu genomgår remsan en lätt produktionsanpassning. En amerikansk forskargrupp vill ha hundratals exemplar och det skulle vara ett svettigt jobb med nuvarande renrumsprocess.

Gruppen försöker också göra kompositen stabilare och ge den bättre ledningsförmåga.

I en vidareutveckling av den mjuka kompositkontakten skulle kontaktpunkterna kunna få bättre signalkvalitet genom att förses med varsin förstärkare i ett plastmaterial som gruppen anpassar från tidigare forskning på Labbet för organisk elektronik och nu arbetar med att göra mjukt.

Detta plastmaterial är alltså en halvledare och en annan möjlig tillämpning är att använda den som termoelement. Materialet trivs dessutom bra i vätska – som ju kroppen är full av, vilket öppnar ytterligare möjligheter till integrering.

Kompositkontakten implanteras vilket är en komplex procedur som kommersiellt har flera år kvar till mognad.

Men gruppen arbetar även med teknik för att ansluta elektronik utanpå huden och här finns redan ett samarbete med startuppföretaget PU Sensors och institutet Rise Acreo för att försöka få fram en produkt.

Det handlar om ett mjukt mönsterkort som skapas genom att töjbara ledare av en komposit av silverpartiklar trycks på ett gummisubstrat. Små LED:er och fotodioder ytmonteras med ledande lim som är anisotropt (leder endast vertikalt).

Detta mjuka kretskort blir en lapp som fästs på huden och dynamiskt kartlägger blodflödet inne i vävnaden – vilket avslöjas av LED-ljusets reflektion mot huden.

Poängen med elasticiteten är att den ger en bra kontakt utan glapp. Diodsensorerna stannar vid samma punkt på huden när lappen deformeras av kroppens rörelser.

En tillämpning kan vara att upptäcka risken för trycksår, som är ett stort folkhälsoproblem. Och Klas Tybrandt tror att när tekniken väl är klar kommer experter att upptäcka fler möjligheter inom sina egna domäner.

– Löser man de grundläggande generella materialproblemen så finns det säkert en hel hög med andra tillämpningar.

MER LÄSNING:
 
Branschens egen tidning
För dig i branschen kostar det inget att prenumerera på vårt snygga pappers­magasin.

Klicka här!
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik

Anne-Charlotte
Sparrvik

+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)