211service.com
Implanterbar Silicon-Silk Electronics
Genom att bygga tunn, flexibel kiselelektronik på silkessubstrat har forskare gjort elektronik som nästan helt löses upp inuti kroppen. Hittills har forskargruppen visat uppsättningar av transistorer gjorda på tunna filmer av siden. Även om elektronik vanligtvis måste vara innesluten för att skydda dem från kroppen, behöver denna elektronik inte skydd, och silket betyder att elektroniken överensstämmer med biologisk vävnad. Silket smälter bort med tiden och de tunna kiselkretsarna som lämnas kvar orsakar inte irritation eftersom de bara är nanometer tjocka.
Kisel på siden: Denna genomskinliga silkesfilm, cirka en centimeter i kvadrat, har sex kiseltransistorer på sin yta. Dessa flexibla enheter kan implanteras i möss som den på den här bilden utan att orsaka någon skada, och silket försämras med tiden. Den orange vätskan på håret är ett desinfektionsmedel som används under operationen.
Nuvarande medicinska apparater är mycket begränsade av det faktum att den aktiva elektroniken måste vara 'burk' eller isolerad från kroppen och är på styvt kisel, säger Brian Litt , docent i neurologi och bioteknik vid University of Pennsylvania. Litt, som arbetar med silke-kisel-gruppen för att utveckla medicinska applikationer för de nya enheterna, säger att de skulle kunna interagera med vävnader på nya sätt. Gruppen utvecklar silke-kisel-lysdioder som kan fungera som fotoniska tatueringar som kan visa blodsockeravläsningar, såväl som uppsättningar av anpassningsbara elektroder som kan samverka med nervsystemet.
Förra året , John Rogers , professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid Beckman Institute vid University of Illinois i Champaign-Urbana, utvecklade flexibla, töjbara kiselkretsar vars prestanda matchar deras styva motsvarigheter. För att göra dessa enheter biokompatibla samarbetade Rogers labb med Fiorenzo Omenetto och David Kaplan , professorer i bioteknik vid Tufts University i Medford, MA, som förra året rapporterade att de tillverkade nanomönstrade optiska enheter från silkesmask-kokongproteiner.
För att göra enheterna samlas kiseltransistorer ungefär en millimeter långa och 250 nanometer tjocka på en stämpel och överförs sedan till ytan av en tunn silkesfilm. Silket håller varje enhet på plats, även efter att arrayen har implanterats i ett djur och fuktats med saltlösning, vilket får den att anpassa sig till vävnadens yta. I en artikel publicerad i tidskriften Bokstäver i tillämpad fysik , rapporterar forskarna att dessa enheter kan implanteras i djur utan negativa effekter. Och transistorernas prestanda på siden inuti kroppen lider inte.
I silke-kiselelektroniken spelar silket en passiv men viktig roll. Silke är mekaniskt starkt nog att fungera som ett stöd, men om man häller vatten på det så formar det sig efter vävnadsytan, säger Omenetto. Silke är redan godkänt av U.S. Food and Drug Administration för medicinska implantat och bryts ner helt av kroppen till ofarliga biprodukter. Sidenlakanen är flexibla och kan rullas ihop och sedan vecklas ut under operationen, vilket gör dem lättare för kirurger att arbeta med. Genom att justera bearbetningsförhållandena som används för att tillverka filmerna kan Tufts-forskarna kontrollera hastigheten med vilken filmerna kommer att brytas ned, från omedelbart efter implantation till år.
Biokompatibiliteten för kisel är inte lika väl etablerad som silkes, även om alla studier hittills har visat att materialet är säkert. Det verkar bero på storleken och formen på silikonbitarna, så gruppen jobbar på att minimera dem. Dessa enheter kräver också elektriska anslutningar av guld och titan, som är biokompatibla men inte biologiskt nedbrytbara. Rogers utvecklar biologiskt nedbrytbara elektriska kontakter så att allt som återstår är kisel.
Gruppen designar för närvarande elektroder byggda på siden som gränssnitt för nervsystemet. Elektroder byggda på siden kunde, säger Litt, integreras mycket bättre med biologiska vävnader än befintliga elektroder, som antingen tränger igenom vävnaden eller sitter ovanpå den. Elektroderna kan lindas runt individuella perifera nerver för att hjälpa till att kontrollera proteser. Uppsättningar av silkeselektroder för applikationer som djup hjärnstimulering, som används för att kontrollera Parkinsons symptom, kan anpassa sig till hjärnans sprickor för att nå annars otillgängliga regioner. Det skulle vara trevligt att se hur sofistikerade enheter börjar komma ikapp med sofistikeringen av vår grundläggande vetenskap, och den här tekniken skulle verkligen kunna täppa till det gapet, säger Litt.