Ingenieros de la Universidad de Duke han ideado una técnica de impresión electrónica directa apta para superficies como el papel o la piel, que abre la puerta a los tatuajes eléctricos incrustados.

"Cuando las personas escuchan el término 'electrónica impresa', la expectativa es que una persona cargue un sustrato y los diseños para un circuito electrónico en una impresora y, un tiempo razonable después, retire un circuito electrónico completamente funcional", dijo Aaron Franklin, profesor Asociado de Ingeniería Eléctrica e Informática en Duke.

"A lo largo de los años ha habido una gran cantidad de trabajos de investigación que prometen este tipo de 'electrónica totalmente impresa', pero la realidad es que el proceso en realidad implica tomar la muestra varias veces para hornearla, lavarla o recubrirla con materiales de centrifugación", dijo Franklin. "La nuestra es la primera donde la realidad coincide con la percepción pública".

El concepto de los llamados tatuajes electrónicos se desarrolló por primera vez a finales de la década de 2000 en la Universidad de Illinois por John A. Rogers, ahora profesor de Ingeniería de Materiales en la Universidad Northwestern. En lugar de un verdadero tatuaje que se inyecta permanentemente en la piel, los tatuajes electrónicos de Rogers son parches de goma delgados y flexibles que contienen componentes eléctricos igualmente flexibles.

La película delgada se adhiere a la piel como un tatuaje temporal, y las primeras versiones de la electrónica flexible fueron hechas para contener monitores de actividad cardíaca y cerebral y estimuladores musculares. Si bien estos tipos de dispositivos están en camino hacia la comercialización y la fabricación a gran escala, hay algunos ámbitos en los que no son adecuados, como cuando se necesita la modificación directa de una superficie mediante la adición de componentes electrónicos personalizados.

"Para que la impresión directa o aditiva sea realmente útil, necesitará poder imprimir la totalidad de lo que esté imprimiendo en un solo paso", dijo Franklin.

En el artículo previo, el laboratorio de Franklin y el laboratorio de Benjamin Wiley, profesor de química en Duke, desarrollaron una nueva tinta que contiene nanocables de plata que se pueden imprimir en cualquier sustrato a bajas temperaturas con una impresora de aerosol. Produce una película delgada que mantiene su conductividad sin ningún procesamiento adicional. Después de imprimirse, la tinta se seca en menos de dos minutos y conserva su alto rendimiento eléctrico incluso después de soportar una tensión de flexión del 50 por ciento más de mil veces.

En un video que acompaña al primer artículo, el estudiante graduado Nick Williams imprime dos pistas electrónicamente activas a lo largo de la parte inferior de su dedo meñique. Hacia el final de su dedo, conecta los cables a una pequeña luz LED. Luego aplica un voltaje en la parte inferior de los dos cables impresos, haciendo que el LED permanezca encendido incluso cuando se dobla y mueve el dedo.

En un segundo artículo publicado en PLOS ONE, Franklin y el estudiante graduado Shiheng Lu llevan la tinta conductora un paso más allá y la combinan con otros dos componentes imprimibles para crear transistores funcionales. La impresora coloca primero una tira semiconductora de nanotubos de carbono. Una vez que se seca, y sin quitar el sustrato de plástico o papel de la impresora, se imprimen dos cables de nanocables plateados que se extienden varios centímetros desde cada lado. Luego se imprime una capa dieléctrica no conductora de un material bidimensional, nitruro de boro hexagonal, en la parte superior de la tira de semiconductores original, seguida de un electrodo final de puerta de nanocables de plata.

Con las tecnologías actuales, al menos uno de estos pasos requeriría que se elimine el sustrato para un procesamiento adicional, como un baño químico para enjuagar el material no deseado, un proceso de endurecimiento para garantizar que las capas no se mezclen o un horneado prolongado para eliminar rastros de material orgánico que puede interferir con los campos eléctricos.

Pero la impresión en el lugar de Franklin no requiere ninguno de estos pasos y, a pesar de la necesidad de que cada capa se seque por completo para evitar mezclar materiales, puede completarse a la temperatura de procesamiento general más baja informada hasta la fecha.