Elektronikte Yeşil Devrim >> Suda çözülen “ipek” devreler yapay organ ve organik bilgisayar üretiminde kullanılacak

Saydam ve esnek sticker elektronik teknolojisi 2 yıldır spor salonlarına gidenlerin diyet ve kardiyo programlarına yardım ediyor. Ancak şimdi, bilim adamları suda çözülen “organik” elektronik devreler geliştirmeye odaklanıyor.

Yeni kuşak bilgisayarlar doğada çevreyi kirletmeden çürüyecek ve böylece eski elektronik cihazları geri dönüştürmek için pahalı fabrikalara gerek kalmayacak. Illinois Üniversitesi suda çözülen ilk devreleri üretti ve test etti. Ancak, akıllı telefon ve tabletlerdeki yeni “kullan at” modeli sadece çevre dostu bir yeşil teknoloji girişimi değil.

Suda çözülen devreler, organ yetmezliği çeken hastalar için yapay organ geliştirmeyi de kolaylaştıracak. Kâğıt gibi katlanabilen ve vücuda zararlı kimyasal maddeler içermeyen esnek elektronik devreler, hastalıkları tedavi ettikten sonra vücutta kendiliğinden çözülerek idrar yoluyla atılacak.

 

 

İlk devreler suda çözülen ipekten üretildi

Urbana-Champaign Illinois Üniversitesi’nden Malzeme Bilimci John Rogers ve Medford, Massachusetts Tufts Üniversitesi’nden Biyotıp Mühendisi Fiorenzo Omenetto, suda çözülebilen “esnek elektronik” devreler üzerinde çalışıyor. Bu devreleri insan derisine, mobilyaların üzerine hatta iç organlara not kağıdı ya da sticker gibi yapıştırmak mümkün.

Suda çözülen esnek sticker devrelerden üretilen akıllı telefonlar, tabletler ve diğer elektronik cihazlar çöpe atıldığında kendiliğinden çürüyecek. Organik devreler doğada çürüdüğünde, ağır metal zehirlenmesine yol açan pil atıkları gibi çevreye zararlı kimyasal maddeler salmayacak.

 

 

Geçici elektronik

Organik esnek devreler insan vücudunda da işi bitince kendiliğinden “çözülecek” ve vücuttan belki de ter yoluyla atılacak. Böylece ağır bir hastalıktan kurtulan insanların vücuduna tedavi amacıyla yerleştirilmiş yapay organları ameliyatla çıkarmaya gerek kalmayacak.

Elbette ABD İleri Savunma Araştırmaları Projeler Dairesi DARPA da konuyla ilgileniyor. Ancak DARPA’nın derdi başka. Onlar hortum suyuyla yıkadığınızda ya da yağmur yağdığında geride hiçbir iz bırakmadan suda çözülen “casus elektronik devreler” ve “akıllı toz” üretmek istiyor. Akıllı tozu telefonlarını dinlemek istedikleri kişilerin bahçesine serpecekler. İşleri bitince de bahçeyi suyla yıkayıp izinsiz istihbarat topladıklarına dair bütün izleri silecekler. Tabii bu DARPA için sayısız senaryodan yalnızca biri.

 

 

Suda çözülen elektronik devreler üretildi ve başarıyla test edildi

Rogers ve Omenetto suda çözülen esnek devrelerle ilgili çalışmalarına 2009 yılında başladılar ve kısa bir süre önce, geliştirdikleri teknolojiyi başarıyla test ettiler.¹ İki bilim adamı fabrika üretimine geçmek için gereken mühendislik testlerini tamamladıktan sonra bilgisayarlar, mikroskoplar ve dijital kameralar gibi bütün yüksek performanslı elektronik cihazları da suda çözülen esnek devrelerden üretebileceklerini söylüyorlar. Son olarak Profesör Rogers, Lozan Federal Teknik Üniversitesi’nde bu ay konu kapsamındaki son gelişmelerle ilgili bir konferans verdi.²

Esnek elektronik devrelerde uzmanlaşan Rogers ve çevreyle uyumlu sağlam ipek materyali üzerinde araştırmalarını sürdüren Omenetto güç birliği yaptıkları zaman, çalışmalarını ipekböceği kozalarından alınan proteinlere odakladılar. Organik moleküllerden oluşan proteinleri bir tür mikroskobik pasta kalıbına döken bilim adamları, bu şekilde ürettikleri ipek materyalini ince yapraklar halinde biçimlendirerek “beyin kabuğuna bile güvenle yapışabilen” özel bir sticker haline getirdiler.

 

 

Peki suda ne zaman çözünüyor?

Bildiğiniz gibi insan vücudunun yaklaşık yüzde 60’ı sudan meydana geliyor. Bu durumda suda çözülen bir yapay organ vücudumuzda hemen çözünmeden nasıl varlığını sürdürecek? Organ yetmezliği çeken hastaları tedavi etmeye nasıl fırsat bulacak?

Omenetto bunu ipek imalatı sırasında ayarlıyor. İpek proteinlerinin, yani organik moleküllerin ne zaman kırılacağını ve ne zaman ıslanacağını imalat aşamasında önceden belirleyebiliyor. Böylece suda çözülen esnek devrelerin kullanım ömrü belirlenebiliyor.

Örneğin kanserli bir hastada tümör oluşumunu engellemek için midenin iç duvarına tedavi amaçlı bir “doktor devre” yapıştırmak gerekiyorsa, bu devre tedaviyi tamamlayana kadar, gerekirse aylarca çözünmeden kalacak. Daha sonra da vücuttan atılacak.

 

 

İlk testlerde metal ve silikon parçalar erimiyordu

Günümüzde elektronik devreler metal ve silikondan üretiliyor. Ancak iki bilim adamının hayvanlar üzerinde yaptıkları ilk deneylerde, metal ve silikon parçalar erimeden vücutta kalmıştı. Her ne kadar kullanılan malzemeler vücutta zehirlenmeye yol açmasa da sağlık ve çevre açısından güvenli gerçek esnek elektronik için bu sonuçlar yeterli değildi.

Ancak araştırmacılar artık metal parçaların, örneğin transistorların da erimesini sağlamayı başarmış bulunuyorlar. Bunun için elektronik transistor üretiminde bakır veya gümüş gibi suda çözülmeyen metaller kullanmaktan vazgeçtiler. Bunun yerine magnezyum kullanmaya başladılar. Magnezyum elektriği iletiyor ama aynı zamanda suda çözülüyor.

 

 

Bilim adamları elektronik stickerlardaki entegre devreleri birbirine magnezyumla bağladılar ve böylece kablosuz antenler ürettiler. Kablosuz antenler vücuda yerleştirilen yapay organların pil kullanmadan, kablosuz olarak vücut dışından şarj olmasına izin veriyor.

Yapay organlar suda çözülene kadar, vücuda nokta atışı ile ilaç dağıtmaktan kanser tedavisine ve böbrek yetmezliğine kadar birçok alanda kullanılacak. Özellikle laboratuar tahlillerinde kan almak ve uzun süreli check-up seansları tarihe karışacak. Hap gibi yutacağımız esnek elektronik devreler sağlık durumumuzu doğrudan kliniklerin bilgisayarlarına aktaracak.

 

 

 

Silikon suda çözülmez ki!

Bu tam olarak doğru değil. Evet, gerçekten de sıradan bir ekran kartının yeşil renkli “silikon tabakası”nın suda çözülmesi 100 yıl alıyor. Ancak esnek elektronik devrelerin silikon kartlarının kalınlığı sadece 100 nanometre (metrenin 10 milyonda biri). Silikon kartlar suda çözülüyor ama çok yavaş çözülüyor. Günde sadece 4,5 nanometre kalınlığındaki bir tabaka eriyor.

Bu da suda çözülen elektronik devrelerde kullanılan silikon tabakasının maksimum 3 hafta içinde tümüyle eriyeceği anlamına geliyor. Bilim adamları silikonun kalınlığını artırarak ya da azaltarak elektronik devrelerin doğadaki ve vücuttaki ömrünü ayarlayabilirler.

Peki esnek elektroniğin geleceği ne? Yakın gelecekte esnek elektronik gazete kağıdı ya da kesekağıdı gibi hayatımızın ayrılmaz bir parçası olacak. Tek bir yara bandı bir notebook PC’nin yapabildiği bütün işleri yapabilecek. Artık çöp dağlarının, sırt çantalarının, telefonum düştü kırıldı kabusunun sonu gelecek. Elektronikte kullan at dönemi asıl şimdi başlıyor ve bu kez çevreyi kirletmiyor. 🙂

 

Suda çözülen elektronik devreler

 

 

 

 

¹A Physically Transient Form of Silicon Electronics, Science 28 September 2012: Vol. 337 no. 6102 pp. 1640-1644 DOI: 10.1126/science.1226325

²http://memento.epfl.ch/event/stretchy-electronics-that-can-dissolve-in-your-b-4/