211service.com
Implanterbar silicium-silkeelektronik
Ved at bygge tynd, fleksibel siliciumelektronik på silkeunderlag har forskere lavet elektronik, der næsten fuldstændigt opløses inde i kroppen. Indtil videre har forskergruppen demonstreret arrays af transistorer lavet på tynde film af silke. Mens elektronik normalt skal være indkapslet for at beskytte dem mod kroppen, behøver denne elektronik ikke beskyttelse, og silken betyder, at elektronikken passer til biologisk væv. Silken smelter væk over tid, og de tynde siliciumkredsløb, der er tilbage, forårsager ikke irritation, fordi de kun er nanometer tykke.
Silicium på silke: Denne klare silkefilm, omkring en kvadratisk centimeter, har seks siliciumtransistorer på overfladen. Disse fleksible enheder kan implanteres i mus som den på dette billede uden at forårsage nogen skade, og silken nedbrydes over tid. Den orange væske på håret er et desinfektionsmiddel, der bruges under operationen.
Nuværende medicinsk udstyr er meget begrænset af det faktum, at den aktive elektronik skal være 'dåse' eller isoleret fra kroppen og er på stift silicium, siger Brian Litt , lektor i neurologi og bioteknik ved University of Pennsylvania. Litt, der arbejder med silke-silicium-gruppen for at udvikle medicinske applikationer til de nye enheder, siger, at de kunne interagere med væv på nye måder. Gruppen udvikler silke-silicium-LED'er, der kan fungere som fotoniske tatoveringer, der kan vise blodsukkeraflæsninger, såvel som rækker af tilpassede elektroder, der kan interagere med nervesystemet.
Sidste år , John Rogers , professor i materialevidenskab og teknik ved Beckman Institute ved University of Illinois i Champaign-Urbana, udviklede fleksible, strækbare siliciumkredsløb, hvis ydeevne matcher deres stive modparter. For at gøre disse enheder biokompatible samarbejdede Rogers laboratorium med Fiorenzo Omenetto og David Kaplan , professorer i bioingeniør ved Tufts University i Medford, MA, som sidste år rapporterede at lave nanomønstrede optiske enheder fra silkeorm-kokonproteiner.
For at fremstille enhederne samles siliciumtransistorer omkring en millimeter lange og 250 nanometer tykke på et frimærke og overføres derefter til overfladen af en tynd film af silke. Silken holder hver enhed på plads, selv efter at arrayet er implanteret i et dyr og fugtet med saltvand, hvilket får det til at tilpasse sig vævsoverfladen. I et papir offentliggjort i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver , rapporterer forskerne, at disse enheder kan implanteres i dyr uden negative virkninger. Og transistorernes ydeevne på silke inde i kroppen lider ikke.
I silke-silicium-elektronikken spiller silken en passiv, men vigtig rolle. Silke er mekanisk stærkt nok til at fungere som en støtte, men hvis du hælder vand på det, tilpasser det sig vævsoverfladen, siger Omenetto. Silke er allerede godkendt af U.S. Food and Drug Administration til medicinske implantater og nedbrydes fuldstændigt af kroppen til harmløse biprodukter. Silkelagnerne er fleksible og kan rulles sammen og derefter foldes ud under operationen, hvilket gør dem nemmere for kirurger at arbejde med. Ved at justere de forarbejdningsbetingelser, der bruges til at fremstille filmene, kan Tufts-forskerne kontrollere hastigheden, hvormed filmene nedbrydes, fra umiddelbart efter implantation til år.
Biokompatibiliteten af silicium er ikke så veletableret som silke, selvom alle undersøgelser indtil videre har vist, at materialet er sikkert. Det ser ud til at afhænge af størrelsen og formen på siliciumstykkerne, så gruppen arbejder på at minimere dem. Disse enheder kræver også elektriske forbindelser af guld og titanium, som er biokompatible, men ikke biologisk nedbrydelige. Rogers udvikler biologisk nedbrydelige elektriske kontakter, så det eneste, der ville være tilbage, er silicium.
Gruppen designer i øjeblikket elektroder bygget på silke som grænseflader til nervesystemet. Elektroder bygget på silke kunne, siger Litt, integrere meget bedre med biologisk væv end eksisterende elektroder, som enten gennemborer vævet eller sidder oven på det. Elektroderne kan være viklet omkring individuelle perifere nerver for at hjælpe med at kontrollere proteser. Arrays af silkeelektroder til applikationer såsom dyb hjernestimulering, som bruges til at kontrollere Parkinsons symptomer, kunne tilpasse sig hjernens sprækker for at nå ellers utilgængelige områder. Det ville være rart at se, at enheders sofistikerede enheder begynder at indhente sofistikeringen af vores grundlæggende videnskab, og denne teknologi kunne virkelig lukke det hul, siger Litt.