A Sewing Approach to the Fabrication of Eco/bioresorbable Electronics.
eco/bioresorbable electronic devices
eco/bioresorbable metal wires
eco/bioresorbable stretchable interconnects
embroidery
wireless stretchable pacemaker
Journal
Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)
ISSN: 1613-6829
Titre abrégé: Small
Pays: Germany
ID NLM: 101235338
Informations de publication
Date de publication:
Dec 2023
Dec 2023
Historique:
revised:
15
07
2023
received:
14
06
2023
pubmed:
2
8
2023
medline:
2
8
2023
entrez:
1
8
2023
Statut:
ppublish
Résumé
Eco/bioresorbable electronics represent an emerging class of technology defined by an ability to dissolve or otherwise harmlessly disappear in environmental or biological surroundings after a period of stable operation. The resulting devices provide unique capabilities as temporary biomedical implants, environmental sensors, and related systems. Recent publications report schemes to overcome challenges in fabrication that follow from the low thermostability and/or high chemical reactivity of the eco/bioresorbable constituent materials. Here, this work reports the use of high-speed sewing machines, as the basis for a high-throughput manufacturing technique that addresses many requirements for these applications, without the need for high temperatures or reactive solvents. Results demonstrate that a range of eco/bioresorbable metal wires and polymer threads can be embroidered into complex, user-defined conductive patterns on eco/bioresorbable substrates. Functional electronic components, such as stretchable interconnects and antennas are possible, along with fully integrated systems. Examples of the latter include wirelessly powered light-emitting diodes, radiofrequency identification tags, and temporary cardiac pacemakers. These advances add to a growing range of options in high-throughput, automated fabrication of eco/bioresorbable electronics.
Identifiants
pubmed: 37528504
doi: 10.1002/smll.202305017
doi:
Types de publication
Journal Article
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e2305017Subventions
Organisme : Northwestern University's NUANCE Center
Organisme : SHyNE Resource
ID : NSF ECCS-2025633
Organisme : IIN
Organisme : Northwestern's MRSEC program
ID : NSF DMR-1720139
Informations de copyright
© 2023 The Authors. Small published by Wiley-VCH GmbH.
Références
S. W. Hwang, H. Tao, D. -H. Kim, H. Cheng, J. -K. Song, E. Rill, M. A. Brenckle, B. Panilaitis, S. M. Won, Y. -S. Kim, Y. M. Song, K. J. Yu, A. Ameen, R. Li, Y. Su, M. Yang, D. L. Kaplan, M. R. Zakin, M. J. Slepian, Y. Huang, F. G. Omenetto, J. A. Rogers, Science 2012, 337, 1640.
W. B. Han, J. H. Lee, J. -W. Shin, S. -W. Hwang, Adv. Mater. 2020, 32, 2002211.
K. K. Fu, Z. Wang, J. Dai, M. Carter, L. Hu, Chem. Mater. 2016, 28, 3527.
G. D. Cha, D. Kang, J. Lee, D. -H. Kim, Adv. Healthcare Mater. 2019, 8, 1801660.
K. Rajaram, S. M. Yang, S. -W. Hwang, Adv. Energy Sustainability Res. 2022, 3, 2100223.
R. Jamshidi, M. Taghavimehr, Y. Chen, N. Hashemi, R. Montazami, Adv. Sustainable Syst. 2022, 6, 2100057.
H. -J. Yoon, G. Lee, J. -T. Kim, J. -Y. Yoo, H. Luan, S. Cheng, S. Kang, H. L. T. Huynh, H. Kim, J. Park, J. Kim, S. S. Kwak, H. Ryu, J. Kim, Y. S. Choi, H. -Y. Ahn, J. Choi, S. Oh, Y. H. Jung, M. Park, W. Bai, Y. Huang, L. P. Chamorro, Y. Park, J. A. Rogers, Sci. Adv. 2022, 8, eade3201.
S. -W. Hwang, D. -H. Kim, H. Tao, T. -i. Kim, S. Kim, K. J. Yu, B. Panilaitis, J. -W. Jeong, J. -K. Song, F. G. Omenetto, J. A. Rogers, Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 4087.
S. -W. Hwang, J. -K. Song, X. Huang, H. Cheng, S. -K. Kang, B. H. Kim, J. -H. Kim, S. Yu, Y. Huang, J. A. Rogers, Adv. Mater. 2014, 26, 3905.
S. -W. Hwang, C. H. Lee, H. Cheng, J. -W. Jeong, S. -K. Kang, J. -H. Kim, J. Shin, J. Yang, Z. Liu, G. A. Ameer, Y. Huang, J. A. Rogers, Nano Lett. 2015, 15, 2801.
J. -K. Chang, H. Fang, C. A. Bower, E. Song, X. Yu, J. A. Rogers, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2017, 114, E5522.
A. Palmroth, T. Salpavaara, P. Vuoristo, S. Karjalainen, T. Kaariainen, S. Miettinen, J. Massera, J. Lekkala, M. Kellomaki, ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 31148.
A. Palmroth, T. Salpavaara, J. Lekkala, M. Kellomki, Adv. Mater. Technol. 2019, 4, 1900428.
X. Huang, Y. Liu, S. -W. Hwang, S. -K. Kang, D. Patnaik, J. F. Cortes, J. A. Rogers, Adv. Mater. 2014, 26, 7371.
B. K. Mahajan, X. Yu, W. Shou, H. Pan, X. Huang, Small 2017, 13, 1700065.
Y. K. Lee, J. Kim, Y. Kim, J. W. Kwak, Y. Yoon, J. A. Rogers, Adv. Mater. 2017, 29, 1702665.
A. Zareei, V. Selvamani, S. Gopalakrishnan, S. Kadian, M. K. Maruthamuthu, Z. He, J. Nguyen, H. Wang, R. Rahimi, Adv. Mater. Technol. 2022, 7, 2101722.
K. -S. Kim, J. Yoo, J. -S. Shim, Y. -I. Ryu, S. Choi, J. -Y. Lee, H. M. Lee, J. Koo, S. -K. Kang, Adv. Mater. Technol. 2021, 7, 2001297.
Q. Yang, Z. Hu, M. -H. Seo, Y. Xu, Y. Yan, Y. -H. Hsu, J. Berkovich, K. Lee, T. -L. Liu, S. McDonald, H. Nie, H. Oh, M. Wu, J. -T. Kim, S. A. Miller, Y. Jia, S. Butun, W. Bai, H. Guo, J. Choi, A. Banks, W. Z. Ray, Y. Kozorovitskiy, M. L. Becker, M. A. Pet, M. R. MacEwan, J. -K. Chang, H. Wang, Y. Huang, J. A. Rogers, Nat. Commun. 2022, 13, 6518.
J. Koo, M. R. MacEwan, S. -K. Kang, S. M. Won, M. Stephen, P. Gamble, Z. Xie, Y. Yan, Y. -Y. Chen, J. Shin, N. Birenbaum, S. J. Chung, S. B. Kim, J. Khalifeh, D. V. Harburg, K. Bean, M. Paskett, J. Kim, Z. S. Zohny, S. M. Lee, R. Zhang, K. Luo, B. Ji, A. Banks, H. M. Lee, Y. Huang, W. Z. Ray, J. A. Rogers, Nat. Med. 2018, 24, 1830.
H. Guo, D. D'Andrea, J. Zhao, Y. Xu, Z. Qiao, L. E. Janes, N. K. Murthy, R. Li, Z. Xie, Z. Song, R. Meda, J. Koo, W. Bai, Y. S. Choi, S. W. Jordan, Y. Huang, C. K. Franz, J. A. Rogers, Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2102724.
R. Rahimi, M. Ochoa, W. Yu, B. Ziaie, J. Micromech. Microeng. 2014, 24, 095018.
L. W. Taylor, S. M. Williams, J. S. Yan, O. S. Dewey, F. Vitale, M. Pasquali, Nano Lett. 2021, 21, 7093.
T. Linz, C. Kallmayer, R. Aschenbrenner, H. Reichl, in Proc. Ninth IEEE Int. Symp. on Wearable Computers, IEEE, Osaka, Japan 2005, pp. 86-89.
S. Darabi, M. Hummel, S. Rantasalo, M. Rissanen, I. O. Mansson, H. Hilke, B. Hwang, M. Skrifvars, M. M. Hamedi, H. Sixta, A. Lund, C. Muller, ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 56403.
R. Lin, H. -J. Kim, S. Achavananthadith, Z. Xiong, J. K. W. Lee, Y. L. Kong, J. S. Ho, Nat. Commun. 2022, 13, 2190.
H. Ryu, M. -H. Seo, J. A. Rogers, Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2002236.
L. Yin, H. Cheng, S. Mao, R. Haasch, Y. Liu, X. Xie, S. -W. Hwang, H. Jain, S. -K. Kang, Y. Su, R. Li, Y. Huang, J. A. Rogers, Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 645.
C. Fernandes, I. Taurino, Sensors 2022, 22, 3062.
E. Patrick, M. E. Orazem, J. C. Sanchez, T. Nishida, J. Neurosci. Methods 2011, 198, 158.
A. S. Idil, N. Donaldson, J. Neural Eng. 2018, 15, 021006.
Y. S. Choi, Y. -Y. Hsueh, J. Koo, Q. Yang, R. Avila, B. Hu, Z. Xie, G. Lee, Z. Ning, C. Liu, Y. Xu, Y. J. Lee, W. Zhao, J. Fang, Y. Deng, S. M. Lee, A. Vazquez-Guardado, I. Stepien, Y. Yan, J. W. Song, C. Haney, Y. S. Oh, W. Liu, H. -J. Yoon, A. Banks, M. R. MacEwan, G. A. Ameer, W. Z. Ray, Y. Huang, T. Xie, et al., Nat. Commun. 2020, 11, 5990.
Y. S. Choi, H. Jeong, R. T. Yin, R. Avila, A. Pfenniger, J. Yoo, J. Y. Lee, A. Tzavelis, Y. J. Lee, S. W. Chen, H. S. Knight, S. Kim, H. -Y. Ahn, G. Wickerson, A. Vazquez-Guardado, E. Higbee-Dempsey, B. A. Russo, M. A. Napolitano, T. J. Holleran, L. A. Razzak, A. N. Miniovich, G. Lee, B. Geist, B. Kim, S. Han, J. A. Brennan, K. Aras, S. S. Kwak, J. Kim, E. A. Waters, et al., Science 2022, 376, 1006.
R. M. Christensen, Appl. Mech. Rev. 2023, 75, 030801.
H. Li, F. Gao, P. Wang, L. Yin, N. Ji, L. Zhang, L. Zhao, G. Hou, B. Lu, Y. Chen, Y. Ma, X. Feng, ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 21067.
S. -W. Hwang, X. Huang, J. -H. Seo, J. -K. Song, S. Kim, S. Hage-Ali, H. -J. Chung, H. Tao, F. G. Omenetto, Z. Ma, J. A. Rogers, Adv. Mater. 2013, 25, 3526.
D. Lu, Y. Yan, Y. Deng, Q. Yang, J. Zhao, M. -H. Seo, W. Bai, M. R. MacEwan, Y. Huang, W. Z. Ray, J. A. Rogers, Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2003754.
G. Lee, M. D. Does, R. Avila, J. Kang, K. D. Harkins, Y. Wu, W. E. Banks, M. Park, D. Lu, X. Yan, J. U. Kim, S. M. Won, A. G. Evans, J. T. Joseph, C. L. Kalmar, A. C. Pollins, H. Karagoz, W. P. Thayer, Y. Huang, J. A. Rogers, Adv. Sci. 2023, 2301232, https://doi.org/10.1002/advs.202301232.
A. S. Batra, S. Balaji, Ann. Pediatr. Cardiol. 2008, 1, 120.
E. Cocherova, J. Surda, J. Pucik, V. Stofanik, in Proc. 19th Int. Conf. Radioelektronika, IEEE, Bratislava, Slovakia 2009, pp. 327-329.
D. J. McGregor, M. V. Bimrose, S. Tawfick, W. P. King, J. Mater. Process. Technol. 2022, 306, 117605.
L. Antiga, M. Piccinelli, L. Botti, B. Ene-Iordache, A. Remuzzi, D. A. Steinman, Med. Biol. Eng. Comput. 2008, 46, 1097.
T. K. Dey, W. Zhao, in Proc. of the 7th ACM Symposium of Solid Modeling Applications. SMA’02, ACM, New York 2002, pp. 356-366.
M. Piccinelli, A. Veneziani, D. A. Steinman, A. Remuzzi, L. Antiga, IEEE Trans. Med. Imaging 2009, 28, 1141.
S. M. Won, J. Koo, K. E. Crawford, A. D. Mickle, Y. Xue, S. Min, L. A. McIlvried, Y. Yan, S. B. Kim, S. M. Lee, B. H. Kim, H. Jang, M. R. MacEwan, Y. Huang, R. W. Gereau, J. A. Rogers, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1801819.
Y. S. Choi, J. Koo, Y. J. Lee, G. Lee, R. Avila, H. Ying, J. Reeder, L. Hambitzer, K. Im, J. Kim, K. -M. Lee, J. Cheng, Y. Huang, S. -K. Kang, J. A. Rogers, Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2000941.
R. T. Yin, S. W. Chen, K. B. Lee, Y. S. Choi, J. Koo, Q. Yang, M. A. Napolitano, J. Ausra, T. J. Holleran, J. B. Lapiano, E. A. Waters, A. Brikha, G. Kowalik, A. N. Miniovich, H. S. Knight, B. A. Russo, A. Kiss, A. Murillo-Berlioz, T. Efimova, C. R. Haney, P. Gutruf, J. A. Rogers, G. D. Trachiotis, I. R. Efimov, Nat. Protoc. 2023, 18, 374.