211service.com
Implantuojama silicio-šilko elektronika
Sukurdami ploną lanksčią silicio elektroniką ant šilko pagrindo, mokslininkai sukūrė elektroniką, kuri beveik visiškai ištirpsta kūno viduje. Iki šiol tyrimų grupė demonstravo tranzistorių matricas, pagamintas ant plonų šilko plėvelių. Nors elektronika paprastai turi būti apgaubta, kad būtų apsaugota nuo kūno, šiai elektronikai nereikia apsaugos, o šilkas reiškia, kad elektronika atitinka biologinį audinį. Šilkas laikui bėgant tirpsta, o paliktos plonos silicio grandinės nesukelia dirginimo, nes yra tik nanometrų storio.
Silicis ant šilko: Šios skaidrios šilko plėvelės, maždaug vieno centimetro kvadrato, paviršiuje yra šeši silicio tranzistoriai. Šiuos lanksčius prietaisus galima implantuoti tokioms pelėms, kaip ir šiame paveikslėlyje, nesukeliant jokios žalos, o šilkas laikui bėgant suyra. Oranžinis skystis ant plaukų yra dezinfekavimo priemonė, naudojama operacijos metu.
Dabartinius medicinos prietaisus labai riboja tai, kad aktyvioji elektronika turi būti „konservuota“ arba izoliuota nuo kūno ir yra ant standaus silicio, sakoma. Brianas Litas , Pensilvanijos universiteto neurologijos ir bioinžinerijos docentas. Littas, dirbantis su šilko ir silicio grupe kurdamas medicinos pritaikymus naujiems prietaisams, sako, kad jie galėtų sąveikauti su audiniais naujais būdais. Grupė kuria šilko ir silicio šviesos diodus, kurie gali veikti kaip fotoninės tatuiruotės, rodančios cukraus kiekį kraujyje, taip pat tinkamų elektrodų matricas, kurios gali sąveikauti su nervų sistema.
Praeitais metais , Džonas Rodžersas , Ilinojaus universiteto Champaign-Urbana Beckmano instituto medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius, sukūrė lanksčias, ištempiamas silicio grandines, kurių veikimas atitinka jų standžiųjų kolegų savybes. Kad šie įrenginiai būtų biologiškai suderinami, Rogerso laboratorija bendradarbiavo su Fiorenzo Omenetto ir Davidas Kaplanas , bioinžinerijos profesoriai iš Tufts universiteto Medforde, MA, praėjusiais metais pranešę, kad iš šilkaverpių ir kokono baltymų gamina nanoraštinius optinius prietaisus.
Įrenginiams pagaminti maždaug vieno milimetro ilgio ir 250 nanometrų storio silicio tranzistoriai surenkami ant antspaudo ir perkeliami ant plonos šilko plėvelės paviršiaus. Šilkas išlaiko kiekvieną prietaisą savo vietoje, net po to, kai masyvas implantuojamas gyvūnui ir sudrėkinamas fiziologiniu tirpalu, todėl jis prisitaiko prie audinio paviršiaus. Straipsnyje, paskelbtame žurnale Taikomosios fizikos raidės , mokslininkai praneša, kad šie prietaisai gali būti implantuojami gyvūnams be jokio neigiamo poveikio. Ir tranzistorių veikimas ant šilko kūno viduje nenukenčia.
Šilko-silicio elektronikoje šilkas vaidina pasyvų, bet svarbų vaidmenį. Šilkas yra pakankamai mechaniškai tvirtas, kad veiktų kaip atrama, tačiau jei ant jo pilate vandens, jis prisitaiko prie audinio paviršiaus, sako Omenetto. JAV maisto ir vaistų administracija jau patvirtino šilką medicininiams implantams, o organizmas jį visiškai suskaido į nekenksmingus šalutinius produktus. Šilko paklodės yra lanksčios, jas galima susukti ir išskleisti operacijos metu, todėl chirurgams su jais lengviau dirbti. Reguliuodami apdorojimo sąlygas, naudojamas plėvelėms gaminti, Tufts tyrėjai gali kontroliuoti plėvelių skilimo greitį nuo iškart po implantacijos iki kelerių metų.
Silicio biologinis suderinamumas nėra toks gerai nustatytas kaip šilko, nors visi iki šiol tyrimai parodė, kad medžiaga yra saugi. Atrodo, kad tai priklauso nuo silicio gabalėlių dydžio ir formos, todėl grupė stengiasi juos sumažinti. Šiems įrenginiams taip pat reikalingos elektros jungtys iš aukso ir titano, kurie yra biologiškai suderinami, bet biologiškai neskaidomi. Rogersas kuria biologiškai skaidomus elektrinius kontaktus, kad liktų tik silicis.
Grupė šiuo metu kuria ant šilko pagamintus elektrodus kaip nervų sistemos sąsajas. Littas sako, kad ant šilko pastatyti elektrodai galėtų daug geriau integruotis su biologiniais audiniais nei esami elektrodai, kurie arba perveria audinį, arba sėdi ant jo. Elektrodai gali būti apvynioti aplink atskirus periferinius nervus, kad būtų lengviau valdyti protezus. Šilkinių elektrodų matricos, skirtos tokioms reikmėms kaip giluminė smegenų stimuliacija, kuri naudojama Parkinsono ligos simptomams kontroliuoti, gali prisitaikyti prie smegenų plyšių, kad pasiektų kitaip neprieinamus regionus. Būtų malonu, kad prietaisų sudėtingumas pradėtų pasivyti mūsų pagrindinio mokslo sudėtingumą, ir ši technologija tikrai galėtų užpildyti šią spragą, sako Litt.