来源：宾厄姆顿大学

无论是经常使用、过度使用还是滥用，每一个设备都会在某个时候出现裂缝。这就是事物的本质。

不过，在使用生物医学设备时，裂缝可能会特别危险，因为生物医学设备可能会对患者造成生命危险。

宾厄姆顿大学研究小组的一项新研究使用人体皮肤剖析图作为模型，不是为了防止裂缝，而是为了以尽可能最好的方式引导裂缝，避免关键部件，使修复变得容易。

这项研究发表在9月17日的《科学报道》杂志上，由宾厄姆顿大学生物医学工程副教授盖伊·德尔曼和博士生克里斯托弗·马约拉纳领导。在这项研究中，Maiorana用硅基聚二甲基硅氧烷（PDMS）设计了一系列单层和双层膜，PDMS是一种用于生物医学研究的惰性无毒材料。嵌入到这些层中的是微小的通道，用来引导任何裂缝的形成，当作为生物医学设备的一部分时，这些裂缝将对裂缝的形成提供更多的控制。潜在的损害可能会绕过柔性电子产品的关键领域，例如，增加其功能寿命。

德尔曼说：“在这个相对较新的超弹性材料领域，能真正拉伸的材料已经做了很多工作，但在断裂控制领域还没有。”断裂控制只在较脆的材料中进行过探索。”

Maiorana和German说，特别重要的是，PDMS是柔性膜的基础，因为它以广泛的用途而闻名。这项研究还整合了其他常用材料。

“我们不使用任何外来材料，”马约拉纳说。我们不是在发明新的金属或陶瓷。我们用橡胶或者普通玻璃来做这些事情。我们采纳了这一基本理念，并使之发挥了作用。”

German正在进行的对人类皮肤的研究使他认识到，最外层称为角质层，呈现出一个V形微通道网络，似乎能够引导到皮肤上。

这项研究是从在非生物材料中重现这种效应开始的。先前的微裂纹定向尝试使用了更为坚实的手段，例如在柔性电子元件最敏感的部分周围形成铜膜。

他说：“尽管这层膜看起来和感觉完全像一层普通的、无聊的膜，但只要拉伸它，裂缝就会偏离它通常会开裂的地方45度角。”我觉得很酷。”

由于膜的制作周期很长，Maiorana经常会花一周时间来制作一个膜，然后在几秒钟内将其撕开，然后重新开始制作下一个膜。他认为添加剂制造的精密度不断提高，并且能够打印出更小的特征，从而使膜的生产成为可能。

“克里斯正在设计自己的制造系统来制造这些基底，”German说，“因为他必须用3D打印一个模具，然后用这个智能系统来控制这些峡谷在基底中的深度。这在技术上确实具有挑战性。”

Maiorana补充道：“它有一定的艺术水平。你认为这是一个完整的科学过程，是的，但其中一部分是你以前做过这个过程，你知道它应该是什么样子。”

German说，这项研究进一步推动了生物医学工程师从自然界已经完善的东西中学习的探索。

他说：“无论你是多么优秀的工程师，进化论都会首先想到这一点。”进化总是胜利的。”

More information: Christopher H. Maiorana et al, Embedding topography enables fracture guidance in soft solids, Scientific Reports (2019). DOI: 10.1038/s41598-019-49986-1

Journal information: Scientific Reports

原文链接：https://phys.org/news/2019-09-flexible-technology-longer-critical-failures.html

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