211service.com
Wszczepiana elektronika krzemowo-jedwabna
Budując cienką, elastyczną elektronikę krzemową na jedwabnych podłożach, naukowcy stworzyli elektronikę, która prawie całkowicie rozpuszcza się w ciele. Jak dotąd grupa badawcza zademonstrowała macierze tranzystorów wykonane na cienkich warstwach jedwabiu. Podczas gdy elektronika musi być zwykle obudowana, aby chronić ją przed ciałem, ta elektronika nie wymaga ochrony, a jedwab oznacza, że elektronika dopasowuje się do tkanki biologicznej. Jedwab z czasem topi się, a cienkie obwody krzemowe pozostawione nie powodują podrażnień, ponieważ mają grubość zaledwie nanometrów.
Krzem na jedwabiu: Ta przezroczysta folia jedwabna, około jednego centymetra kwadratowego, ma na swojej powierzchni sześć tranzystorów krzemowych. Te elastyczne urządzenia mogą być wszczepiane myszom, takim jak ta na tym zdjęciu, bez powodowania żadnych szkód, a jedwab z czasem ulega degradacji. Pomarańczowy płyn na włosach to środek dezynfekujący stosowany podczas zabiegu.
Obecne urządzenia medyczne są bardzo ograniczone przez fakt, że aktywna elektronika musi być „w puszkach” lub izolowana od ciała i jest na sztywnym silikonie, mówi Brian Litt , profesor nadzwyczajny neurologii i bioinżynierii na Uniwersytecie Pensylwanii. Litt, który współpracuje z grupą jedwabno-krzemową nad opracowaniem zastosowań medycznych dla nowych urządzeń, twierdzi, że mogą one wchodzić w interakcje z tkankami na nowe sposoby. Grupa opracowuje jedwabno-krzemowe diody LED, które mogą działać jak tatuaże fotoniczne, które mogą pokazywać odczyty poziomu cukru we krwi, a także układy dopasowujących się elektrod, które mogą łączyć się z układem nerwowym.
Ostatni rok , John Rogers , profesor nauk o materiałach i inżynierii w Beckman Institute na Uniwersytecie Illinois w Champaign-Urbana, opracował elastyczne, rozciągliwe obwody krzemowe, których wydajność dorównuje ich sztywnym odpowiednikom. Aby uczynić te urządzenia biokompatybilnymi, laboratorium Rogersa współpracowało z Fiorenzo Omenetto oraz David Kaplan , profesorowie bioinżynierii z Tufts University w Medford, MA, którzy w zeszłym roku donieśli o wytwarzaniu nanowzorcowanych urządzeń optycznych z białek jedwabników-kokonów.
Do wykonania urządzeń tranzystory krzemowe o długości około milimetra i grubości 250 nanometrów są zbierane na stemplu, a następnie przenoszone na powierzchnię cienkiej warstwy jedwabiu. Jedwab utrzymuje każde urządzenie na miejscu, nawet po wszczepieniu matrycy zwierzęciu i zwilżeniu solą fizjologiczną, powodując, że dopasowuje się do powierzchni tkanki. W artykule opublikowanym w czasopiśmie Stosowane litery fizyki , naukowcy donoszą, że urządzenia te można wszczepiać zwierzętom bez negatywnych skutków. A wydajność tranzystorów na jedwabiu wewnątrz ciała nie ucierpi.
W elektronice jedwabno-krzemowej jedwab odgrywa pasywną, ale ważną rolę. Jedwab jest wystarczająco mocny mechanicznie, aby działać jako podpora, ale jeśli nalejesz na niego wodę, dopasowuje się do powierzchni tkanki, mówi Omenetto. Jedwab został już zatwierdzony przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków do implantów medycznych i jest całkowicie rozkładany przez organizm na nieszkodliwe produkty uboczne. Jedwabne prześcieradła są elastyczne i można je zwijać, a następnie rozwijać podczas operacji, co ułatwia pracę chirurgom. Dostosowując warunki przetwarzania stosowane do wytwarzania filmów, badacze Tufts mogą kontrolować tempo degradacji filmów, od natychmiast po implantacji do lat.
Biokompatybilność krzemu nie jest tak dobrze ustalona jak jedwabiu, chociaż wszystkie dotychczasowe badania wykazały, że materiał jest bezpieczny. Wydaje się, że zależy to od rozmiaru i kształtu kawałków krzemu, więc grupa pracuje nad ich minimalizacją. Urządzenia te wymagają również połączeń elektrycznych ze złota i tytanu, które są biokompatybilne, ale nie ulegają biodegradacji. Rogers opracowuje biodegradowalne styki elektryczne, aby pozostał tylko krzem.
Grupa obecnie projektuje elektrody zbudowane z jedwabiu jako interfejsy dla układu nerwowego. Litt mówi, że elektrody zbudowane na jedwabiu mogą znacznie lepiej integrować się z tkankami biologicznymi niż istniejące elektrody, które albo przebijają tkankę, albo osadzają się na niej. Elektrody mogą być owinięte wokół poszczególnych nerwów obwodowych, aby pomóc kontrolować protezy. Macierze jedwabnych elektrod do zastosowań takich jak głęboka stymulacja mózgu, która służy do kontrolowania objawów choroby Parkinsona, mogą dostosowywać się do szczelin mózgowych, aby dotrzeć do niedostępnych w inny sposób obszarów. Byłoby miło widzieć, jak wyrafinowanie urządzeń zaczyna doganiać wyrafinowanie naszej podstawowej nauki, a ta technologia może naprawdę wypełnić tę lukę, mówi Litt.