Ультратонкий, но прочный имплантируемый материал может лечить травмы спинного мозга и болезнь Паркинсона.
Гибкая имплантированная электроника на шаг ближе к клиническому применению благодаря недавней революционной технологии, разработанной исследовательской группой из Университета Гриффита и Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее.
Работа была начата доктором Туан-Кхоа Нгуен, профессором Нам-Трунг Нгуен и доктором Хоанг-Фыонг Фан (в настоящее время старший преподаватель Университета Нового Южного Уэльса) из Квинслендского центра микро- и нанотехнологий (QMNC) Университета Гриффита с использованием в -технология карбида кремния в качестве новой платформы для долгосрочных электронных интерфейсов биоткани.
Проект был организован QMNC, в котором находится часть Квинслендского узла Австралийского национального центра нанопроизводства (ANFF-Q).
ANFF-Q — компания, созданная в соответствии с Национальной стратегией инфраструктуры совместных исследований для предоставления австралийским исследователям оборудования для производства нано- и микрофабрик.
QMNC предлагает уникальные возможности для разработки и определения характеристик материала с широкой запрещенной зоной, класса полупроводников, электронные свойства которых лежат между непроводящими материалами, такими как стекло, и полупроводниковыми материалами, такими как кремний, используемый для компьютерных микросхем.
Эти свойства позволяют устройствам, изготовленным из этих материалов, работать в экстремальных условиях, таких как высокое напряжение, высокая температура и коррозионная среда.
QMNC и ANFF-Q предоставили этому проекту материалы из карбида кремния, масштабируемые производственные возможности и расширенные средства определения характеристик для надежных микро/нанобиоэлектронных устройств.
«Имплантируемые и гибкие устройства обладают огромным потенциалом для лечения хронических заболеваний , таких как болезнь Паркинсона и травмы спинного мозга», — сказал доктор Туан-Кхоа Нгуен.
«Эти устройства позволяют напрямую диагностировать нарушения во внутренних органах и обеспечивают подходящую терапию и лечение.
«Например, такие устройства могут предлагать электрическую стимуляцию целевых нервов для регулирования аномальных импульсов и восстановления функций организма».
Из-за необходимости прямого контакта с биологическими жидкостями поддержание их долгосрочной работы после имплантации является сложной задачей.
Исследовательская группа разработала надежную и функциональную систему материалов, которая могла бы преодолеть это узкое место.
«Система состоит из наномембран карбида кремния в качестве контактной поверхности и диоксида кремния в качестве защитной оболочки, демонстрируя непревзойденную стабильность и сохраняя свою функциональность в биожидкостях», — сказал профессор Нам-Трунг Нгуен.
«Впервые наша команда успешно разработала надежную имплантируемую электронную систему с ожидаемым сроком службы в несколько десятилетий».
Исследователи продемонстрировали несколько модальностей датчиков импеданса и температуры, а также нейронных стимуляторов вместе с эффективной стимуляцией периферических нервов на животных моделях.
Автор корреспонденции доктор Фан сказал, что имплантированные устройства, такие как маркеры сердечного ритма и стимуляторы глубокого мозга, обладают мощными возможностями для своевременного лечения нескольких хронических заболеваний.
«Традиционные имплантаты громоздки и имеют механическую жесткость, отличную от тканей человека, что представляет потенциальный риск для пациентов. Ключевым решением этой давней проблемы является разработка механически мягких, но химически прочных электронных устройств», — сказал доктор Фан.
Концепция гибкой электроники из карбида кремния открывает многообещающие возможности для нейронауки и терапии нервной стимуляции, которые могут предложить спасительные методы лечения хронических неврологических заболеваний и стимулировать выздоровление пациентов.
«Чтобы воплотить эту платформу в жизнь, нам повезло, что у нас есть сильная междисциплинарная исследовательская группа из Университета Гриффита, Университета Нового Южного Уэльса, Университета Квинсленда, Японского агентства по науке и технологиям (JST) — ERATO, каждый из которых привносит свой опыт в области материаловедения, механики / электротехника и биомедицинская инженерия», — сказал доктор Фан.
Исследование было недавно опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Теги: биотехнологии, имплант, киборг
