Многие из нас уже знакомы с одноразовыми грелками, позволяющими облегчить боль, вызванную растяжением мышц и другими незначительными травмами. Подобные средства довольно действенны (в зависимости от интенсивности боли, конечно), хотя они все еще относительно дороги: использоваться они могут лишь несколько часов и не допускают повторного применения. В своей последней работе группа ученых из Саудовской Аравии разработала новый удаленно управляемый инструмент для подогрева мягких тканей на основе тонких медных пленок, которые могут стать альтернативой старым решениям. Устройства подходят для лечения как спортивных травм, так и бытовых растяжений. Также медные пленки (стоимость которых не превышает 4 доллара США за штуку) могут помочь пациентам, страдающим от артрита.

За последние несколько лет портативные устройства, которые могут носить с собой пациенты, прошли огромный путь, благодаря достижениям в гибкой электронике.

К примеру, исследователи уже разработали закрепляющиеся на коже устройства, напоминающие татуировки, позволяющие осуществлять мониторинг температуры тела. Разрабатываются и другие биосовместимые инструменты, такие как электронные схемы, взаимодействующие с внутренними органами, в частности, сердцем и мозгом.

Группа ученых из King Abdullah University of Science and Technology (KAUST, Саудовская Аравия) в своей последней работе предложила новое устройство – тонкую пленку на основе меди с батарейным питанием, которая может использоваться как локальный обогреватель кожи.

Устройство может быть обернуто вокруг пальца или запястья и даже растянуто вокруг колена или локтя. Его температурой можно управлять удаленно посредством беспроводного соединения при помощи интегральных схем, которые могут взаимодействовать с мобильными гаджетами (например, через Bluetooth). Такая управляющая схема позволяет установить температуру, к примеру, через приложение для смартфона, а затем поддерживать работу устройства в автономном режиме.

В это время устройство не только продолжает обеспечивать обогрев кожи, но и контролирует температуру в области, где проходит лечение (подстраивает температуру при необходимости). Также пользователь может установить таймер для выключения устройства, когда это необходимо.

Поскольку устройство выполнено из металла, его можно повторно использовать неограниченно долго. А т.к. медь широко используется в качестве соединительного материала в электронных цепях (в том числе, благодаря своей исключительной теплопроводности – по этой причине, кстати, группа ученых и обратила внимание на данный материал), устройство может производиться при помощи CMOS-совместимых технологий, т.е. легко и дешево в промышленном масштабе.

Будучи металлом, медь не может растягиваться, однако исследовательская группа преодолела эту проблему, организовав тонкие фрагменты медной пленки в подковоподобные структуры, которые затем используются для подключения электродов.

Исследователи использовали методику электрохимического осаждения меди на оксиде кремния и формировали на ней шаблон из нагревающихся «островков», соединенных между собой теми самыми структурами, напоминающими подкову. После этого они использовали технологию, известную как реактивное ионное травление, чтобы освободить пленку из оксида кремния и меди от кремниевой подложки, а затем переносили всю структуру на полимерный материал.

Эксперименты показали, что

готовые пленки могут растягиваться на 800%, что является своеобразным рекордом. Добиться такого фундаментального результата удалось, благодаря упомянутым выше подковоподобным формам, которые поглощают напряжение деформации, превращая металл в ультра-растяжимый материал.

Стоит отметить, что медь склонна к окислению, но эту проблему удалось обойти путем внедрения структуры в прозрачную основу.

Подробные результаты были опубликованы в журнале Advanced Healthcare Materials.