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Elettronica impiantabile in silicio-seta
Costruendo un'elettronica di silicio sottile e flessibile su substrati di seta, i ricercatori hanno realizzato un'elettronica che si dissolve quasi completamente all'interno del corpo. Finora il gruppo di ricerca ha dimostrato array di transistor realizzati su sottili film di seta. Sebbene l'elettronica di solito debba essere racchiusa per proteggerla dal corpo, questa elettronica non ha bisogno di protezione e la seta significa che l'elettronica è conforme al tessuto biologico. La seta si scioglie nel tempo e i sottili circuiti di silicio lasciati non causano irritazione perché sono spessi solo nanometri.
Silicio su seta: Questo film di seta trasparente, di circa un centimetro quadrato, ha sei transistor al silicio sulla sua superficie. Questi dispositivi flessibili possono essere impiantati in topi come quello in questa immagine senza causare alcun danno e la seta si degrada nel tempo. Il liquido arancione sui capelli è un disinfettante utilizzato durante l'intervento.
Gli attuali dispositivi medici sono molto limitati dal fatto che l'elettronica attiva deve essere 'in scatola' o isolata dal corpo e si trova su silicio rigido, afferma Brian Litta , professore associato di neurologia e bioingegneria presso l'Università della Pennsylvania. Litt, che sta lavorando con il gruppo seta-silicio per sviluppare applicazioni mediche per i nuovi dispositivi, afferma che potrebbero interagire con i tessuti in modi nuovi. Il gruppo sta sviluppando LED al silicio di seta che potrebbero fungere da tatuaggi fotonici in grado di mostrare letture di zucchero nel sangue, nonché array di elettrodi conformabili che potrebbero interfacciarsi con il sistema nervoso.
L'anno scorso , John Rogers , professore di scienza e ingegneria dei materiali presso il Beckman Institute dell'Università dell'Illinois a Champaign-Urbana, ha sviluppato circuiti in silicio flessibili ed estensibili le cui prestazioni corrispondono a quelle delle loro controparti rigide. Per rendere questi dispositivi biocompatibili, il laboratorio di Rogers ha collaborato con Fiorenzo Omenetto e David Kaplan , professori di bioingegneria alla Tufts University di Medford, MA, che l'anno scorso hanno riferito di aver realizzato dispositivi ottici con nanomodelli a partire da proteine del bozzolo del baco da seta.
Per realizzare i dispositivi, dei transistor al silicio lunghi circa un millimetro e spessi 250 nanometri vengono raccolti su uno stampo e poi trasferiti sulla superficie di un sottile film di seta. La seta mantiene ogni dispositivo in posizione, anche dopo che l'array è stato impiantato in un animale e bagnato con soluzione salina, facendolo conformare alla superficie del tessuto. In un articolo pubblicato sulla rivista Lettere di fisica applicata , i ricercatori riferiscono che questi dispositivi possono essere impiantati negli animali senza effetti negativi. E le prestazioni dei transistor su seta all'interno del corpo non ne risentono.
Nell'elettronica seta-silicio, la seta gioca un ruolo passivo ma importante. La seta è meccanicamente abbastanza forte da fungere da supporto, ma se ci versi sopra dell'acqua, si adatta alla superficie del tessuto, dice Omenetto. La seta è già approvata dalla Food and Drug Administration degli Stati Uniti per gli impianti medici ed è completamente scomposta dal corpo in sottoprodotti innocui. I fogli di seta sono flessibili e possono essere arrotolati e quindi srotolati durante l'intervento chirurgico, facilitando il lavoro dei chirurghi. Regolando le condizioni di lavorazione utilizzate per fabbricare i film, i ricercatori di Tufts possono controllare la velocità con cui i film si degraderanno, da subito dopo l'impianto fino ad anni.
La biocompatibilità del silicio non è così ben stabilita come quella della seta, sebbene tutti gli studi finora abbiano dimostrato che il materiale è sicuro. Sembra dipendere dalle dimensioni e dalla forma dei pezzi di silicone, quindi il gruppo sta lavorando per ridurli al minimo. Questi dispositivi richiedono anche connessioni elettriche in oro e titanio, che sono biocompatibili ma non biodegradabili. Rogers sta sviluppando contatti elettrici biodegradabili in modo che tutto ciò che rimarrebbe è il silicio.
Il gruppo sta attualmente progettando elettrodi costruiti su seta come interfacce per il sistema nervoso. Gli elettrodi costruiti sulla seta potrebbero, dice Litt, integrarsi molto meglio con i tessuti biologici rispetto agli elettrodi esistenti, che perforano il tessuto o si posizionano sopra di esso. Gli elettrodi potrebbero essere avvolti attorno ai singoli nervi periferici per aiutare a controllare le protesi. Matrici di elettrodi di seta per applicazioni come la stimolazione cerebrale profonda, utilizzata per controllare i sintomi del Parkinson, potrebbero conformarsi alle fessure del cervello per raggiungere regioni altrimenti inaccessibili. Sarebbe bello vedere la raffinatezza dei dispositivi iniziare a raggiungere la raffinatezza della nostra scienza di base e questa tecnologia potrebbe davvero colmare questo divario, afferma Litt.