211service.com
Implantējama silīcija-zīda elektronika
Veidojot plānu, elastīgu silīcija elektroniku uz zīda pamatnēm, pētnieki ir izveidojuši elektroniku, kas gandrīz pilnībā izšķīst ķermeņa iekšienē. Līdz šim pētnieku grupa ir demonstrējusi tranzistoru blokus, kas izgatavoti uz plānām zīda plēvēm. Lai gan parasti elektronikai ir jābūt apvalkā, lai aizsargātu to no ķermeņa, šai elektronikai nav nepieciešama aizsardzība, un zīds nozīmē, ka elektronika atbilst bioloģiskajiem audiem. Zīds laika gaitā izkūst, un atstātās plānās silīcija ķēdes neizraisa kairinājumu, jo tās ir tikai nanometrus biezas.
Silīcijs uz zīda: Šīs caurspīdīgās zīda plēves virsmā ir seši silīcija tranzistori, apmēram viena centimetra kvadrātā. Šīs elastīgās ierīces var implantēt pelēm, piemēram, šajā attēlā, neradot nekādu kaitējumu, un zīds laika gaitā noārdās. Apelsīnu šķidrums uz matiem ir dezinfekcijas līdzeklis, ko izmanto operācijas laikā.
Pašreizējās medicīnas ierīces ļoti ierobežo fakts, ka aktīvajai elektronikai jābūt “konservētai” vai jāizolē no ķermeņa, un tā ir uz stingra silīcija. Braiens Lits , neiroloģijas un bioinženierijas asociētais profesors Pensilvānijas Universitātē. Lits, kurš sadarbojas ar zīda-silīcija grupu, lai izstrādātu medicīniskus lietojumus jaunajām ierīcēm, saka, ka tās varētu mijiedarboties ar audiem jaunos veidos. Grupa izstrādā zīda-silīcija gaismas diodes, kas varētu darboties kā fotoniski tetovējumi, kas var parādīt cukura līmeni asinīs, kā arī atbilstošu elektrodu blokus, kas varētu saskarties ar nervu sistēmu.
Pagājušais gads , Džons Rodžerss , Materiālzinātnes un inženierzinātņu profesors Ilinoisas Universitātes Bekmena institūtā Šampainā-Urbanā, izstrādāja elastīgas, elastīgas silīcija shēmas, kuru veiktspēja atbilst to stingro kolēģu veiktspējai. Lai padarītu šīs ierīces bioloģiski saderīgas, Rodžersa laboratorija sadarbojās ar Fiorenco Omenetto un Deivids Kaplans , bioinženierijas profesori Tufts Universitātē Medfordā, MA, kuri pagājušajā gadā ziņoja par nanorakstu optisko ierīču izgatavošanu no zīdtārpiņu kokonu proteīniem.
Lai izgatavotu ierīces, aptuveni vienu milimetru gari un 250 nanometru biezi silīcija tranzistori tiek savākti uz zīmoga un pēc tam pārnesti uz plānas zīda plēves virsmu. Zīds notur katru ierīci vietā pat pēc tam, kad masīvs ir implantēts dzīvniekā un samitrināts ar fizioloģisko šķīdumu, liekot tai pielāgoties audu virsmai. Rakstā, kas publicēts žurnālā Lietišķās fizikas burti , pētnieki ziņo, ka šīs ierīces var implantēt dzīvniekiem bez nelabvēlīgas ietekmes. Un tranzistoru darbība uz zīda korpusa iekšpusē necieš.
Zīda-silīcija elektronikā zīdam ir pasīva, bet svarīga loma. Zīds ir mehāniski pietiekami izturīgs, lai darbotos kā balsts, taču, uzlejot tam ūdeni, tas atbilst audu virsmai, saka Omenetto. ASV Pārtikas un zāļu pārvalde jau ir apstiprinājusi zīdu medicīniskiem implantiem, un organisms to pilnībā sadala nekaitīgos blakusproduktos. Zīda loksnes ir elastīgas, un tās var sarullēt un pēc tam atlocīt operācijas laikā, padarot ķirurgiem vieglāk ar tām strādāt. Pielāgojot plēvju izgatavošanai izmantotos apstrādes apstākļus, Tufts pētnieki var kontrolēt plēvju noārdīšanās ātrumu no tūlīt pēc implantācijas līdz gadiem.
Silīcija bioloģiskā saderība nav tik labi pierādīta kā zīda, lai gan visi līdz šim veiktie pētījumi liecina, ka materiāls ir drošs. Šķiet, ka tas ir atkarīgs no silīcija gabalu izmēra un formas, tāpēc grupa strādā, lai tos samazinātu. Šīm ierīcēm ir nepieciešami arī zelta un titāna elektriskie savienojumi, kas ir bioloģiski saderīgi, bet nav bioloģiski noārdāmi. Rodžerss izstrādā bioloģiski noārdāmus elektriskos kontaktus, lai paliktu tikai silīcijs.
Pašlaik grupa izstrādā uz zīda veidotus elektrodus kā nervu sistēmas saskarnes. Lits saka, ka uz zīda uzbūvēti elektrodi varētu daudz labāk integrēties ar bioloģiskajiem audiem nekā esošie elektrodi, kas vai nu caurdur audumu, vai atrodas uz tā. Elektrodi var būt aptīti ap atsevišķiem perifēriem nerviem, lai palīdzētu kontrolēt protēzes. Zīda elektrodu bloki tādiem lietojumiem kā dziļa smadzeņu stimulācija, ko izmanto Parkinsona simptomu kontrolei, varētu pielāgoties smadzeņu plaisām, lai sasniegtu citādi nepieejamus reģionus. Būtu jauki redzēt, ka ierīču izsmalcinātība sāktu panākt mūsu pamata zinātnes izsmalcinātību, un šī tehnoloģija patiešām varētu novērst šo plaisu, saka Lits.