Nyheter

Mjukt guld skapar kontakt mellan nerver och elektronik

Publicerat

5 månader sedan

den

6 augusti, 2024

De mjuka elektroderna som Klas Tybrandts forskargrupp vid Linköpings universitet har utvecklat är töjbara för att kunna följa med i kroppens rörelser utan att skada vävnaden. De består av extremt tunna trådar av guld och mjukt silikongummi.

Guld är väldigt svårt att skapa långa, tunna trådar av. Men nu har forskare vid Linköpings universitet lyckats skapa nanotrådar av guld och utveckla mjuka elektroder som kan kopplas ihop med nervsystemet. De är mjuka som nerver, töjbara och elektriskt ledande. Dessutom beräknas materialet hålla länge i kroppen.

En del har ett ”hjärta av guld”, så varför inte också ”nerver av guld”? I framtiden kanske det blir möjligt att använda denna ädla metall i mjuka gränssnitt för att koppla ihop elektronik med nervsystemet i mediciniskt syfte. Sådan teknik skulle kunna användas för att exempelvis lindra åkommor som epilepsi, Parkinsons sjukdom, förlamning eller kronisk smärta. Men att skapa ett gränssnitt där elektronik kan möta hjärnan eller andra delar av nervsystemet innebär speciella utmaningar.

– De klassiska ledarna som används i elektronik är metaller, som ju är väldigt hårda och styva. De mekaniska egenskaperna i nervsystemet påminner mer om mjuk gelé. För att kunna få en exakt signalöverföring måste vi komma väldigt nära de aktuella nervfibrerna, men kroppen rör sig hela tiden och då blir det ett problem att försöka få en nära kontakt mellan något som är hårt och något som är mjukt och ömtåligt, säger Klas Tybrandt, professor i materialvetenskap vid Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet (LiU), som har lett forskningen.

Suspension av guldnanotrådar i vatten. Fotograf: Thor Balkhed

Därför vill forskare skapa elektroder som har god ledningsförmåga och samtidigt mekaniska egenskaper som liknar kroppens mjukhet. Under de senaste åren har flera studier visat att mjuka elektroder inte skadar vävnaden lika mycket som hårda elektroder kan göra. I den aktuella studien, som publicerats i tidskriften Small, har en grupp forskare vid Linköpings universitet utvecklat nanotrådar av guld – tusen gånger tunnare än ett hårstrå – och bäddat in dem i ett elastiskt material för att skapa mjuka mikroelektroder.

– Vi har lyckats göra ett nytt, bättre nanomaterial av guldnanotrådar som kombineras med ett väldigt mjukt silikongummi. Genom att vi lyckats få dem att fungera tillsammans resulterar det i en ledare som både har hög elektrisk ledningsförmåga, är väldigt mjuk och gjord av biokompatibla material som fungerar tillsammans med kroppen, säger Klas Tybrandt.

Silikongummi används i medicinska implantat, som bröstimplantat. I de mjuka elektroderna ingår också guld och platina. Båda metallerna är vanliga i medicinteknisk utrustning för klinisk användning.

Att göra långa, smala nanostrukturer i guld är dock väldigt svårt. Det har hittills utgjort ett stort hinder, men nu har forskarna kommit på ett nytt sätt att tillverka guldnanotrådar. Och de gör det genom att använda nanotrådar av silver.

Silver har unika egenskaper som gör det till ett väldigt bra material att skapa den sortens nanotrådar som forskarna vill ha. Därför används silver i en del töjbara nanomaterial. Problemet med silver är att det är kemiskt reaktivt. På samma sätt som silverbestick med tiden missfärgas när det sker kemiska reaktioner på ytan, bryts silver i nanotrådar ner så att silverjoner läcker ut. I tillräckligt hög koncentration kan silverjoner vara giftiga för oss.

Det var när Laura Seufert, doktorand i Klas Tybrandts forskargrupp, arbetade med att försöka syntetisera, eller ”växa”, guldnanotrådar som hon kom på ett nytt tillvägagångssätt som öppnade nya möjligheter. Till en början var det svårt att kontrollera formen som nanotrådarna fick. Men så upptäckte hon ett sätt som resulterade i väldigt jämna trådar. I stället för att försöka växa nanotrådar av guld från början, utgick hon från en tunn nanotråd av rent silver.

– Vi utnyttjar att man kan göra nanotrådar i silver och använder silvernanotråden som ett slags mall som vi växer guld på. Nästa steg i processen är att ta bort silvret. När det är klart har vi ett material som har över 99 procent guld i sig. Så det är lite av ett trick för att komma runt problemet att göra långa smala nanostrukturer i guld, säger Klas Tybrandt.

I studien har forskarna, i samarbete med professor Simon Farnebo vid Institutionen för biomedicinska och kliniska vetenskaper vid LiU, visat att de mjuka och elastiska mikroelektrodernas dels kan stimulera en nerv hos en råtta, dels fånga upp signaler från nerven.

I tillämpningar där den mjuka elektroniken ska vara inbäddad i kroppen måste materialet hålla länge, helst livet ut. Forskarna har testat stabiliteten i det nya materialet och kommit fram till att det har en hållbarhet på minst tre år, vilket är bättre än många av nanomaterialen som utvecklats hittills.

Forskarteamet arbetar nu vidare med att förfina materialet och att skapa olika typer av elektroder som är ännu mindre och kan komma i närmare kontakt med nervceller.

Annons

Relaterade ämnen:elektronik guld

Nästa

Vad som händer med guld och silver när marknaden skakar

Missa inte

Kinesiska staten stödköper vete

Fortsätt läsa

Annons

Nyheter

Uranbrytning ska bli tillåtet i Sverige

Publicerat

2 timmar sedan

den

22 december, 2024

Redaktionen

Regeringen går vidare med planerna att ta bort förbudet mot uranbrytning i Sverige. Kommuner ska kunna stoppa utvecklingen av urangruvor om de klassas som kärnteknisk verksamhet. Är uran en biprodukt till annan brytning räknas det dock inte som kärnteknisk verksamhet. Den exakta definitionen är ännu inte bestämd. Klimat- och miljöminister Romina Pourmokhtari säger till Sveriges Radio att det är hyckleri att förbjuda uranbrytning i Sverige samtidigt som vi har kärnkraftverk som är beroende av uran.

Fortsätt läsa

Nyheter

Tuffa tider för stål i Europa

Publicerat

1 dag sedan

den

21 december, 2024

Redaktionen

Stålmarknaden befinner sig i en svår situation där Kinas enorma kapacitet i kombination med att den inhemska efterfrågan har gått ner skapar press på branschen i hela världen. Skrothandlaren och stålexperten Felix Lindberg berättar om Europas svåra situation, med en bilindustri som går på knäna med minskad efterfrågan på stål som följd. Under 2025 kan hårdare tongångar och handelsfrågor komma i fokus. Inte minst spelar en ny administration i USA och ett val i Tyskland roll.

Felix Lindberg kommenterar stålmarknaden.

Fortsätt läsa

Nyheter

LKAB och Luleå kan bli en betydande aktör för fosfor och sällsynta jordartsmetaller i Europa

Publicerat

2 dagar sedan

den

20 december, 2024

Redaktionen

Illustration LKABs industripark för kritiska mineral med fullt utbyggda anläggningar

LKAB lämnar idag in sin ansökan om miljötillstånd för förädling av fosfor och sällsynta jordartsmetaller i Luleå. Den planerade industriparken kan bli den första i sitt slag i Europa och en betydande byggsten i att öka självförsörjningen av kritiska mineral, med potential att täcka sju gånger behovet av fosfor till svenskt jordbruk.

– Denna ansökan är resultatet av ett gediget arbete under fyra års tid. Det handlar om en viktig milstolpe som är av stor betydelse för regionen, Sverige och för Europas beredskap. Genom att utvinna fosfor och sällsynta jordartsmetaller från det material som vi redan bryter kan vi stärka vår framtida konkurrenskraft när vi planerar att expandera våra gruvor, samtidigt som vi kan öka försörjningstryggheten och förse samhället med dessa kritiska mineral som behövs för omställningen, säger Darren Wilson, direktör affärsområde Specialprodukter, LKAB.

Utbudet av fosfor för mineralgödsel är avgörande för matförsörjningen i Sverige och EU, medan sällsynta jordartsmetaller används för elektrifieringen och digitaliseringen av samhället, till exempel tillverkning av permanentmagneter i elbilar och vindkraftverk. Fullt utbyggd beräknas produktionen från industriparken kunna täcka cirka sju gånger Sveriges behov och åtta procent av EU:s behov av fosfor. Idag finns ingen utvinning av sällsynta jordartsmetaller i Europa.

– Behovet av kritiska mineral är brådskande sett till det geopolitiska läget och Sveriges mål om att nå fossilfrihet år 2045. EU är idag helt importberoende av fosfor och sällsynta jordartsmetaller och har klassificerat dessa som kritiska råmaterial för samhället. Denna ansökan är avgörande för att möjliggöra ett framtida investeringsbeslut om fullskalig produktion i Luleå, säger Darren Wilson.

Ansökan till Mark- och miljödomstolen avser ett miljötillstånd att bedriva storskalig industriverksamhet samt hamnverksamhet på Svartön i Luleå. Verksamheten bygger på att nyttja avfallsströmmar från järnmalmsproduktionen i Gällivare, där apatitkoncentrat framställs för vidareförädling i Luleå. Här planerar LKAB att producera fosfor och sällsynta jordartsmetaller, samt gips som biprodukt. Genom en stegvis uppskalning kan verksamheten utökas med fler processanläggningar över tid, för att stå i full drift under 2030-talet.

– LKAB:s tillståndsansökan är ytterligare ett steg på vägen mot en utbyggd industripark i Luleå. Det är glädjande att de arbetar på enligt sin plan med etableringen, som är betydelsefull för kommunens och regionens fortsatta utveckling som nav i omställningen. Produktionen av dessa kritiska mineral för vindkraftverk, elbilar och matförsörjning är viktigt för hela vårt samhälle och ger oss möjligheten till att skapa nya arbetstillfällen inför framtiden, säger Carina Sammeli, kommunstyrelsens ordförande, Luleå kommun.

Den 24 oktober 2024 fattade LKAB beslut om att investera i en demonstrationsanläggning i Luleå, som kommer att verifiera de teknologier som krävs för utvinning av kritiska mineral. Resultaten från anläggningen, tillsammans med miljötillståndet för industriparken, kommer att ligga till grund för kommande beslut om storskalig produktion. Det är även avhängigt av miljötillståndet för LKAB:s verksamhet och apatitverk i Gällivare, där tillståndsprocessen pågår.

Fakta om LKAB och kritiska mineral

LKAB planerar att börja utvinna kritiska mineral från den befintliga järnmalmsgruvan i Gällivare genom att etablera ett nytt förädlingsverk för apatit. Detta genom att ta vara på flöden från järnmalmsproduktionen som idag inte tas till vara och blir till avfall.
Apatitkoncentratet från Gällivare transporteras sedan till den planerade industriparken i Luleå. Här planerar LKAB att producera sällsynta jordartsmetaller, fosfor för produktion av mineralgödsel till jordbruket, samt gips som biprodukt för byggindustrin.
Den 24 oktober 2024 fattade LKAB beslut om att investera 800 MSEK i en demonstrationsanläggning i Luleå, som kommer att verifiera och vidareutveckla de teknologier som krävs för utvinning av fosfor och sällsynta jordartsmetaller. Den planeras vara i drift i slutet av 2026 och är en viktig del i arbetet med att utveckla den fullskaliga anläggningen.
EU klassificerar råvaror som kritiska på grund av det stora importberoendet och den stora betydelsen de har för vår ekonomi och den gröna omställningen. Detta inkluderar fosfor och sällsynta jordartsmetaller. Gemensamt för dessa råmaterial är även att det finns en stor risk för försörjningsavbrott, till exempel relaterat till geopolitiska risker.
Fosfor används främst för produktion av mineralgödsel och ungefär hälften av världens livsmedelsproduktion är beroende av detta. Europa är till 90 procent beroende av import, där Ryssland har stått för en betydande del av produktionen.
Sällsynta jordartsmetaller (REE) används bland annat i permanentmagneter i elbilsmotorer och generatorer för vindkraftverk, där Kina dominerar värdekedjan. Europa har idag ingen egen utvinning av dessa sällsynta jordartsmetaller.
LKAB har ansökt om att göra järnmalmsgruvan i Gällivare, den planerade industriparken i Luleå och den nya järnmalmsfyndigheten Per Geijer med höga halter sällsynta jordartsmetaller och fosfor i Kiruna till strategiska projekt enligt EU:s Critical Raw Materials Act.

Fortsätt läsa