Ученые создали "растворимую" электронику, пригодную для имплантации

27 сентября 2012 года

Американские биоинженеры научились изготавливать "растворимые" электронные имплантаты, которые можно уничтожить прямо внутри организма, не прибегая к хирургическим операциям, и опубликовали инструкции по сборке таких приборов в статье в журнале Science.

"Мы назвали наше изобретение "временной электроникой". С самого зарождения микроэлектроники, все приборы изготавливались с расчетом на "вечную" работу. Но если подумать в обратном ключе и разработать устройства, способные самостоятельно разрушаться в строго заданное время, открывается новая сфера для применения электронной техники", - пояснил руководитель группы ученых Джон Роджерс (John Rogers) из университета штата Иллинойс в городе Урбана (США).

Роджерс и его коллеги уже много лет пытаются найти идеальный рецепт для изготовления "растворимой" электронике, экспериментируя с различными органическими и неорганическими соединениями.

Как отмечают ученые, все компоненты такой электроники - изолирующие подложки, проводники и полупроводники - должны беспрепятственно выводиться из организма, не нанося ему вреда. Кроме того, готовый прибор должен быть достаточно гибким и компактным для успешной имплантации под кожу или в другие части тела человека.

Авторы статьи смогли реализовать все необходимые свойства "растворимой" электроники при помощи трех основных компонентов - магния, сверхтонких пленок из кремния и полимера на основе шелка. Магний и "шелк" безопасны для организма и могут быть переработаны клеточными ферментами, а пленки кремния химически инертны и постепенно распадаются под действием молекул воды.

Чистый магний и его оксид используются в качестве "строительного материала" для проводящих электродов и диэлектрической подложки для транзисторов. Тончайшие полоски кремния необходимы для работы транзисторов и других полупроводниковых приборов, в том числе датчиков температуры, микроскопических фотосенсоров и фотокамер. Молекулы биополимера, составляющего основу шелка, используются в качестве гибкой и растворимой оболочки прибора.

"Растворимая" электроника изготавливается следующим образом. Сначала ученые печатают заготовки для транзисторов из тонких кремниевых пленок, затем поверх них наносятся лини из оксида магния и чистого металла, после чего прибор упаковывается в слой гибкого полимера на базе шелка. Структура полимера определяет срок годности имплантата - относительно непрочные молекулы шелка позволят ему просуществовать в теле пациента несколько дней, тогда как более сложный полимер продержится несколько месяцев или даже лет.

"Существует множество классов задач, на реализацию которых уходит различное время. Медицинские имплантаты, задачей которых является мониторинг и борьба с инфекциями после операций, должны работать в течение двух недель. В случае с "встраиваемой" потребительской электроникой, производитель будет ориентироваться на один-два года непрерывной работы", - пояснил Роджерс.

Для демонстрации этой технологии ученые изготовили имплантат с датчиком бактерий и вживили его под кожу крысы. Устройство не вызывало раздражения у грызуна, успешно следило за появлением микробов и растворилось после окончания срока службы. Кроме того, Роджерсу и его коллегам удалось собрать более сложный прибор - цифровую камеру из 64 пикселей - на основе этой технологии.

Биоинженеры полагают, что применение таких приборов не ограничивается медициной и нательной электроникой. В частности, сотовые телефоны и другие портативные электронные устройства на базе растворимых компонентов можно будет утилизировать, закапывая в землю или растворяя в воде.