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Electrónica implantable de seda de silicio
Al construir componentes electrónicos de silicio delgados y flexibles sobre sustratos de seda, los investigadores han creado componentes electrónicos que se disuelven casi por completo dentro del cuerpo. Hasta ahora, el grupo de investigación ha demostrado matrices de transistores fabricados en películas delgadas de seda. Si bien los dispositivos electrónicos generalmente deben estar encerrados para protegerlos del cuerpo, estos dispositivos electrónicos no necesitan protección, y la seda significa que los dispositivos electrónicos se ajustan al tejido biológico. La seda se derrite con el tiempo y los delgados circuitos de silicio que quedan no causan irritación porque solo tienen un grosor de nanómetros.
Silicio sobre seda: Esta película de seda transparente, de aproximadamente un centímetro cuadrado, tiene seis transistores de silicio en su superficie. Estos dispositivos flexibles se pueden implantar en ratones como el de esta imagen sin causar ningún daño, y la seda se degrada con el tiempo. El líquido anaranjado del cabello es un desinfectante que se usa durante la cirugía.
Los dispositivos médicos actuales están muy limitados por el hecho de que los componentes electrónicos activos tienen que estar 'enlatados' o aislados del cuerpo, y están en silicio rígido, dice Brian Litt , profesor asociado de neurología y bioingeniería en la Universidad de Pennsylvania. Litt, que está trabajando con el grupo de silicio de seda para desarrollar aplicaciones médicas para los nuevos dispositivos, dice que podrían interactuar con los tejidos de nuevas formas. El grupo está desarrollando LED de silicona de seda que podrían actuar como tatuajes fotónicos que pueden mostrar lecturas de azúcar en sangre, así como conjuntos de electrodos adaptables que podrían interactuar con el sistema nervioso.
El año pasado , John Rogers , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en el Instituto Beckman de la Universidad de Illinois en Champaign-Urbana, desarrolló circuitos de silicio flexibles y estirables cuyo rendimiento coincide con el de sus contrapartes rígidas. Para que estos dispositivos sean biocompatibles, el laboratorio de Rogers colaboró con Fiorenzo Omenetto y David Kaplan , profesores de bioingeniería de la Universidad de Tufts en Medford, MA, que el año pasado informaron sobre la fabricación de dispositivos ópticos con nano patrones a partir de proteínas de capullos de gusanos de seda.
Para fabricar los dispositivos, se recogen transistores de silicio de aproximadamente un milímetro de largo y 250 nanómetros de espesor en un sello y luego se transfieren a la superficie de una fina película de seda. La seda mantiene cada dispositivo en su lugar, incluso después de que la matriz se implanta en un animal y se humedece con solución salina, lo que hace que se adapte a la superficie del tejido. En un artículo publicado en la revista Letras de física aplicada , los investigadores informan que estos dispositivos pueden implantarse en animales sin efectos adversos. Y el rendimiento de los transistores en la seda dentro del cuerpo no sufre.
En la electrónica de seda-silicio, la seda juega un papel pasivo pero importante. La seda es mecánicamente lo suficientemente fuerte como para actuar como soporte, pero si se vierte agua sobre ella, se adapta a la superficie del tejido, dice Omenetto. La seda ya está aprobada por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. Para implantes médicos y el cuerpo la descompone completamente en subproductos inofensivos. Las sábanas de seda son flexibles y se pueden enrollar y luego desplegar durante la cirugía, lo que facilita el trabajo de los cirujanos. Al ajustar las condiciones de procesamiento utilizadas para fabricar las películas, los investigadores de Tufts pueden controlar la velocidad a la que se degradarán las películas, desde inmediatamente después de la implantación hasta años.
La biocompatibilidad del silicio no está tan bien establecida como la de la seda, aunque todos los estudios hasta ahora han demostrado que el material es seguro. Parece depender del tamaño y la forma de las piezas de silicona, por lo que el grupo está trabajando para minimizarlas. Estos dispositivos también requieren conexiones eléctricas de oro y titanio, que son biocompatibles pero no biodegradables. Rogers está desarrollando contactos eléctricos biodegradables para que todo lo que quede sea el silicio.
Actualmente, el grupo está diseñando electrodos construidos sobre seda como interfaces para el sistema nervioso. Los electrodos construidos con seda podrían, dice Litt, integrarse mucho mejor con los tejidos biológicos que los electrodos existentes, que perforan el tejido o se colocan encima de él. Los electrodos se pueden envolver alrededor de nervios periféricos individuales para ayudar a controlar las prótesis. Las matrices de electrodos de seda para aplicaciones como la estimulación cerebral profunda, que se utiliza para controlar los síntomas de Parkinson, podrían adaptarse a las grietas del cerebro para llegar a regiones que de otro modo serían inaccesibles. Sería bueno ver que la sofisticación de los dispositivos comienza a ponerse al día con la sofisticación de nuestra ciencia básica, y esta tecnología realmente podría cerrar esa brecha, dice Litt.