Multifunctional Materials Strategies for Enhanced Safety of Wireless, Skin-Interfaced Bioelectronic Devices

弹性体 无线 材料科学 计算机科学 电子材料 纳米技术 电信 复合材料
作者
Claire Liu,Jin‐Tae Kim,Dong Yang,Donghwi Cho,Seonggwang Yoo,Surabhi R. Madhvapathy,Hyoyoung Jeong,Tianyu Yang,Haiwen Luan,Raudel Avila,Jihun Park,Yunyun Wu,Kennedy Bryant,Min Cho,JiYong Lee,Jay Young Kwak,WonHyoung Ryu,Yonggang Huang,Ralph G. Nuzzo,John A. Rogers
标识
DOI:10.1101/2023.02.28.530037
摘要

Many recently developed classes of wireless, skin-interfaced bioelectronic devices rely on conventional thermoset silicone elastomer materials, such as poly(dimethylsiloxane) (PDMS), as soft encapsulating structures around collections of electronic components, radio frequency antennas and, commonly, rechargeable batteries. In optimized layouts and device designs, these materials provide attractive features, most prominently in their gentle, noninvasive interfaces to the skin even at regions of high curvature and large natural deformations. Past work, however, overlooks opportunities for developing variants of these materials for multimodal means to enhance the safety of the devices against failure modes that range from mechanical damage to thermal runaway. This paper presents a self-healing PDMS dynamic covalent matrix embedded with chemistries that provide thermochromism, mechanochromism, strain-adaptive stiffening, and thermal insulation, as a collection of attributes relevant to safety. Demonstrations of this materials system and associated encapsulation strategy involve a wireless, skin-interfaced device that captures mechanoacoustic signatures of health status. The concepts introduced here can apply immediately to many other related bioelectronic devices.
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