04.11.2009

Растворимые имплантаты: одноразовая электроника для тела

По словам профессора неврологии и биоинженерии в Университете Пенсильвании (University of Pennsylvania) Брайана Литта (Brian Litt), сегодняшние устройства очень ограничены, поскольку должны быть "законсервированы", то есть изолированы от внешней среды, и базируются на твёрдом кремнии. Новые же решения взаимодействуют с тканями иным способом. Например, основанные на кремнии и шёлке LED-элементы функционируют как фотонные "татуировки", которые могут показывать уровень сахара в крови, а массивы электродов взаимодействуют с нервной системой. Аналогичную работу проводит профессор материаловедения и инженерии из Университета Иллинойса (University of Illinois) Джон Роджерс (John Rogers), который занимается биосовместимостью гибких растягивающихся кремниевых схем. Технология изготовления следующая. Кремниевые транзисторы миллиметровой длины и толщиной в 250 нм собираются на своеобразной печатной "марке", а затем переносятся на тонкий шёлк. Он удерживает каждый компонент на месте даже после имплантации в тело животных и смачивания в солёной воде. Характеристики транзисторов внутри тела не снижаются, эффект отторжения также отсутствует.

В данной технологии шёлк играет хотя и пассивную, но важную роль. Он обладает достаточной механической прочностью для поддержки электроники, но обеспечив контакт с водой, материал приспосабливается к форме живой ткани. С течением времени он разлагается на абсолютно безвредные субпродукты. Срок задаётся с помощью регулирования условий процесса производства и может составлять от нескольких часов до многих лет. Благодаря же гибкости во время операции шёлковую подложку с электроникой легко развернуть на требуемом месте. Что касается биосовместимости кремния, она уступает шёлку, но проведённые до настоящего момента исследования не выявили опасности. Возможно, этот параметр зависит от размера и формы кремниевых частиц, поэтому учёные стараются уменьшить их.

Ещё одни элементы схем в имплантатах – электрические контакты из золота и титана – также не представляют угрозы для организма, но, конечно, не разлагаются. Роджерс надеется создать растворимые контакты, и тогда "остатком" будет только кремний. Материалом для них снова выступит шёлк. Такие электроды для связи с нервной системой будут гораздо эффективнее, чем так или иначе прокалывающие ткань или располагающиеся сверху на ней современные образцы. Отдельные шёлковые контакты будут просто оборачиваться вокруг нервов, а их массивы, используемые с целью стимуляции мозговой активности (например, при болезни Паркинсона), можно будет разместить в ранее недоступных местах.