Ученые получили растворимые имплантаты

Путем создания тонких и гибких кремниевых электронных компонентов на подложке из шелка исследователи получили структуру, которая почти полностью растворяется в человеческом теле. Группа ученых уже продемонстрировала массив транзисторов, изготовленный по новой методике, сообщает 3Dnews.

Обычно имплантаты заключаются в защитный корпус, предотвращающий взаимодействие с внутренними тканями тела, однако новая технология не нуждается в этом, а шелк сам по себе является природным материалом. Со временем он растворяется, а от первоначального имплантата остаются только отдельные элементы, не вызывающие раздражения из-за нанометровой толщины.

По словам профессора неврологии и биоинженерии в Университете Пенсильвании Брайана Литта, сегодняшние устройства очень ограничены, поскольку должны быть «законсервированы», то есть изолированы от внешней среды, и базируются на твердом кремнии. Новые же решения взаимодействуют с тканями иным способом.

Например, основанные на кремнии и шелке 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 Джон Роджер, 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 шелк. Он удерживает каждый компонент на месте даже после имплантации в тело животных и смачивания в соленой воде. Характеристики транзисторов внутри тела не снижаются, эффект отторжения также отсутствует.

В данной технологии шелк 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 задается с помощью регулирования условий процесса производства и может составлять от нескольких часов до многих лет. Благодаря же гибкости во время операции шелковую подложку с электроникой легко развернуть на требуемом месте. Что касается биосовместимости кремния, она уступает шелку, но проведенные до настоящего момента исследования не выявили опасности. Возможно, этот параметр зависит от размера и формы кремниевых частиц, поэтому ученые стараются уменьшить их.

Еще 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 шелк. Такие электроды для связи с нервной системой будут гораздо эффективнее, чем так или иначе прокалывающие ткань или располагающиеся сверху на ней современные образцы. Отдельные шелковые 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.

Ранее специалисты Института прикладных исследований полимеров имени Фраунхофера в Потсдаме и сотрудники Факультета офтальмологии в Университетской клинике Регенсбурга разработали искусственную роговицу. Это дает надежду сохранить зрение тем, кому грозит слепота из-за врожденного порока, наследственной болезни или других заболеваний глаз. Попытки сделать что-то подобное предпринимались неоднократно, однако, как правило, оказывались безуспешными — ученым не удавалось подобрать подходящий материал для имплантата. На это раз для роговицы был использован имеющийся в свободной продаже полимер, который не абсорбирует воду и не позволяет клеткам на нем расти.