211service.com
Implanteerbare silicium-zijde-elektronica
Door dunne, flexibele siliciumelektronica op zijden substraten te bouwen, hebben onderzoekers elektronica gemaakt die bijna volledig in het lichaam oplost. Tot nu toe heeft de onderzoeksgroep arrays van transistors gedemonstreerd die zijn gemaakt op dunne films van zijde. Hoewel elektronica meestal moet worden omhuld om ze tegen het lichaam te beschermen, heeft deze elektronica geen bescherming nodig, en de zijde betekent dat de elektronica zich aanpast aan biologisch weefsel. De zijde smelt na verloop van tijd weg en de dunne siliciumcircuits die achterblijven veroorzaken geen irritatie omdat ze slechts nanometer dik zijn.
Silicium op zijde: Deze heldere zijden film, ongeveer een centimeter in het vierkant, heeft zes siliciumtransistors op het oppervlak. Deze flexibele apparaten kunnen worden geïmplanteerd in muizen zoals die op deze afbeelding zonder schade aan te richten, en de zijde degradeert na verloop van tijd. De oranje vloeistof op het haar is een ontsmettingsmiddel dat tijdens de operatie wordt gebruikt.
De huidige medische apparaten zijn zeer beperkt door het feit dat de actieve elektronica moet worden 'ingeblikt' of van het lichaam moet worden geïsoleerd en zich op hard silicium bevindt, zegt Brian Litt , universitair hoofddocent neurologie en bio-engineering aan de Universiteit van Pennsylvania. Litt, die samenwerkt met de zijde-siliciumgroep om medische toepassingen voor de nieuwe apparaten te ontwikkelen, zegt dat ze op nieuwe manieren met weefsels kunnen interageren. De groep ontwikkelt LED's van zijde-silicium die kunnen fungeren als fotonische tatoeages die bloedsuikerwaarden kunnen weergeven, evenals arrays van aanpasbare elektroden die kunnen communiceren met het zenuwstelsel.
Afgelopen jaar , John Rogers , hoogleraar materiaalkunde en techniek aan het Beckman Institute van de Universiteit van Illinois in Champaign-Urbana, ontwikkelde flexibele, rekbare siliciumcircuits waarvan de prestaties overeenkomen met die van hun stijve tegenhangers. Om deze apparaten biocompatibel te maken, werkte het laboratorium van Rogers samen met: Fiorenzo Omenetto en David Kaplan , professoren van bio-engineering aan de Tufts University in Medford, MA, die vorig jaar rapporteerden dat ze optische apparaten met nanopatroon maakten van zijderups-cocon-eiwitten.
Om de apparaten te maken, worden siliciumtransistors van ongeveer één millimeter lang en 250 nanometer dik verzameld op een stempel en vervolgens overgebracht naar het oppervlak van een dunne film van zijde. De zijde houdt elk apparaat op zijn plaats, zelfs nadat de array in een dier is geïmplanteerd en bevochtigd met zoutoplossing, waardoor het zich aanpast aan het weefseloppervlak. In een paper gepubliceerd in het tijdschrift Technische Natuurkunde Brieven , melden de onderzoekers dat deze apparaten zonder nadelige effecten bij dieren kunnen worden geïmplanteerd. En de prestaties van de transistors op zijde in het lichaam lijden er niet onder.
In de zijde-silicium elektronica speelt de zijde een passieve maar belangrijke rol. Zijde is mechanisch sterk genoeg om als steun te dienen, maar als je er water op giet, past het zich aan het weefseloppervlak aan, zegt Omenetto. Zijde is al goedgekeurd door de Amerikaanse Food and Drug Administration voor medische implantaten en wordt door het lichaam volledig afgebroken tot onschadelijke bijproducten. De zijden lakens zijn flexibel en kunnen tijdens de operatie worden opgerold en vervolgens weer uitgerold, waardoor chirurgen er gemakkelijker mee kunnen werken. Door de verwerkingsomstandigheden aan te passen die worden gebruikt om de films te vervaardigen, kunnen de Tufts-onderzoekers de snelheid bepalen waarmee de films zullen degraderen, van onmiddellijk na implantatie tot jaren.
De biocompatibiliteit van silicium is niet zo goed bewezen als die van zijde, hoewel alle studies tot nu toe hebben aangetoond dat het materiaal veilig is. Het lijkt af te hangen van de grootte en vorm van de siliciumstukken, dus de groep werkt eraan om ze te minimaliseren. Deze apparaten vereisen ook elektrische verbindingen van goud en titanium, die biocompatibel maar niet biologisch afbreekbaar zijn. Rogers ontwikkelt biologisch afbreekbare elektrische contacten, zodat alleen het silicium overblijft.
De groep ontwerpt momenteel op zijde gebouwde elektroden als interfaces voor het zenuwstelsel. Elektroden die op zijde zijn gebouwd, kunnen, zegt Litt, veel beter integreren met biologische weefsels dan bestaande elektroden, die het weefsel doorboren of erop gaan zitten. De elektroden kunnen om individuele perifere zenuwen worden gewikkeld om de prothesen te helpen controleren. Arrays van zijden elektroden voor toepassingen zoals diepe hersenstimulatie, die wordt gebruikt om de symptomen van Parkinson onder controle te houden, kunnen zich aanpassen aan de spleten van de hersenen om anders ontoegankelijke gebieden te bereiken. Het zou leuk zijn om te zien dat de verfijning van apparaten de verfijning van onze basiswetenschap begint in te halen, en deze technologie zou die kloof echt kunnen dichten, zegt Litt.