中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2021

专注于为医疗器械研发与生产服务

2022年8月31-9月2日 | 上海世博展览馆1&2号馆

 

Medtec中国展一文知悉生物忆阻器在下一代可穿戴电子学中的应用

2022-06-30

随着移动互联网和人工智能的快速发展,可穿戴电子设备有着巨大的市场前景。特别是,信息存储和实时采集数据的处理是可穿戴电子设备不可缺少的部分。基于生物材料的记忆系统由于其伴随的优点,即可持续性、轻量级、可降解性、低功耗、灵活性和生物相容性,适合于在可穿戴电子设备中储存和处理获得的信息。到目前为止,许多基于生物材料的柔性和可穿戴的记忆装置是在室温下通过旋涂或其他技术在柔性衬底上制备的。Medtec中国展逐渐意识到由于器件和软组织之间的机械不匹配造成的机械变形导致了器件性能的不稳定。从目前的研究和实际应用来看,该装置在适应不同的工作环境时将面临巨大的挑战。事实上,为解决上述问题,已经进行了一些有趣的研究,而这些研究没有被集中强调和概述。

研究成果
在此,福建师范大学赵勇教授和西南交通大学孙柏博士联合以“Applications of biomemristors in next generation wearable electronics”为题在Nanoscale Horizons期刊上发表综述,回顾了可穿戴生物传感器的研究进展,并考虑到其发展过程中的现有挑战,提出了展望和观点。

图文导读


Fig. 1 Main applications of memristors in information storage, artificial neural networks and neuromorphic computing.



Fig. 2 Memristor active layer material classification.



Fig. 3 (a) Bio-haptic perception system and its composition. Panel a reproduced with permission.85 Copyright 2019, Wiley-VCH. (b) Schematic diagram of the human tactile perception system.



Fig. 4 (a) TEM image of SF materials [email protected] (b) The biomemristor device top electrode Ag microscope photograph. (c) Device structure and I–V curve test circuit diagram. (d–f) Neat-SF fabricated device I–V curves, set and reset voltage distribution, HRS and LRS distribution, respectively. (g–i) The Ag/[email protected]@SF/ITO device I–V curves, set and reset voltage distribution, HRS and LRS distribution, respectively. (j) The device continuous modulation I–V curve. (k) The device potentiation and depression properties in the pulse stimulation mode. (l) The device spike-timing-dependent plasticity behavior.



Fig. 5(a) Fabrication of a ferritin-based memristor using bioengineering. (b) I–V curves of B12 nm on-wire lithography-fabricated gaps before and after immobilization of recombinant Archaeoglobus fulgidus ferritin with 1200, 2400, 4800 and 7200 Fe loading. (c) The Ion/Ioff ratio of the memristor with different Fe loadings at 0.6 V and I–V curve. (d) Schematic diagram of ferritin and the I–V curve of the biomemristor with different compliance currents. (e) Switching between volatile and nonvolatile and responding currents under a voltage pulse with 100 nA and 100 mA compliance current, respectively.

Medtec中国展自2016年起布局医疗电子,从最初的电子部件、电机&传动控制展区到2021年首开的高端医疗设备设计与制造专区,目前已经有包括日立金属投资(中国)有限公司 、砷泰中国 、东莞市雨菲电子科技有限公司、上海孚蕊哲静电科技有限公司 、深圳市格兰拓普电子有限公司和杭州通鉴科技有限公司等多家企业入驻参展,2022.8.31-9.2上海世博展览馆1&2号馆开展。点击快速预登记。



Fig. 6 (a) The schematic diagram of the SR latch. (b) The operating result. (c) Multilevel LRS by set different compliance currents. (d) The resistance value at different bending radii.

总结与展望
近年来,在可穿戴式生物晶体管领域取得了重大进展。预计在未来十年,生物晶体管设备将迅速增长。然而,在可穿戴生物领域还有许多挑战需要解决,需要打破技术瓶颈以实现完美的可穿戴性。清楚地了解复杂环境下生物电阻装置的电荷传输机制,对于开发高性能的生物电阻装置非常重要。可穿戴系统领域的研究人员所面临的一些挑战只能通过技术创新或跨学科研究来解决。同时,这种跨学科研究将加速先进可穿戴系统的发展。例如,材料科学家应致力于开发具有记忆特性的新型功能性生物材料,以满足可穿戴设备的要求。其他领域的研究人员应致力于开发可穿戴生物电源,设备之间的连接线,可穿戴显示器,信息的编码处理,等等。此外,为了解决每个设备所面临的问题,还需要解决设备之间的综合连接技术所面临的问题。特别是,还需要医疗行业人员在可穿戴领域的密切参与。在可穿戴电子系统获得健康数据后,生物记忆器系统会定期将这些数据传输给医务人员,医务人员会评估我们的健康状况。显然,可穿戴系统显示了迷人的应用前景。为了实现商业可穿戴系统,业内多家厂商在Medtec中国展上推出池保护的创新方案,借一步解决了解决生物电子学在可穿戴系统中面临的各种挑战。

综上所述,详细讨论了生物电阻在神经突触、图像识别、逻辑计算等方面的研究进展和应用,以促进生物电阻在可穿戴电子设备中的发展。由于生物材料的独特性能,如轻巧、灵活、容易获得、资源丰富、可生物降解和生物相容性,生物膜管在具有记忆行为的可穿戴电子设备领域显示出诱人的应用前景。这些生物材料还可用于制备生物传感器、生物电容器和生物探测器,为可穿戴系统的发展奠定了科学基础。因此,生物材料有望在可穿戴式生物记忆器中发挥重要作用。

来源:i学术i科研