Producerar och testar ecoresorberbara och bioresorberbara MEMS. a, upphängd eb-MEMS med fyra tjuder som ansluter hörnen på enheten till källskivan under produktionsprocessen. b, Integreringen av eb-MEMS-enheten med ett flexibelt bioresorberbart polymersubstrat och integrerade kretsar. Infälld:en illustration av integrationen av sådana enheter på den krökta ytan av myokardiet (det vill säga hjärtats muskelskikt). c, Upplösningen av en accelerometer, som en representant för eb-MEMS, i olika stadier. Kredit:Yang et al.
Vanligtvis är huvudmålet för elektronikingenjörer att utveckla komponenter och enheter som är hållbara och kan fungera under långa perioder utan att skadas. Sådana enheter kräver resistenta material, som i slutändan bidrar till ackumuleringen av elektroniskt avfall på vår planet.
Forskare vid Northwestern University och University of Illinois har bedrivit forskning med fokus på en helt annan typ av elektromekaniska system (MEMS):de som är baserade på så kallade "transienta material". Övergående material är material som kan lösas upp, resorberas, sönderfalla eller fysiskt försvinna på andra sätt vid programmerade och specifika tidpunkter.
Deras senaste artikel, publicerad i Nature Electronics , introducerar nya MEMS baserade på helt vattenlösliga material som kan lösas upp i sin omgivande miljö efter bestämda tidsperioder. I framtiden kan dessa material bidra till att minska mängden elektroniskt avfall, vilket möjliggör utvecklingen av vissa elektroniska enheter som spontant försvinner när de inte längre behövs.
"Detta arbete bygger på våra ansträngningar att skapa material och tekniska grunder för "transienta" elektroniska enheter, säger John A. Rogers, en av forskarna som genomförde studien, till Tech Xplore. "En delmängd av denna klass av transienta enheter är de som kan resorberas i biovätskor eller grundvatten genom hydrolysprocesser till godartade slutprodukter."
Under de senaste åren har Rogers och hans forskargrupp designat flera material som kan lösas upp i sin omgivning. I sitt tidigare arbete visade de också den enorma potentialen hos dessa material för att skapa tillfälliga medicinska implantat med digital elektronisk kapacitet.
Till exempel föreslog de användning av dessa material för att tillverka resorberbara sensorer som skulle kunna implanteras i hjärnan på patienter efter en traumatisk hjärnskada eller efter en hjärnoperation, för att upptäcka interkraniellt tryck. På liknande sätt lyfte de fram den potentiella användningen av bioresorberbara material för att skapa enheter som stimulerar kroppen inifrån, såsom hjärtpacemakers (implanterade enheter som hjälper patienter att återhämta sig efter en hjärtoperation genom att kontrollera deras hjärtrytm).
"Många av dessa system skulle kunna dra nytta av eko/bioresorberbara MEMS-teknologier för avancerad funktion, en förmåga som saknas från vårt tidigare arbete på detta område," förklarade Rogers. "Våra nya MEMS-enheter kännetecknas unikt av sin förmåga att lösas upp i vattenhaltiga omgivningar – antingen i kroppen eller i miljön."
MEMS skapade av detta team av forskare består av olika material som gradvis försvinner, långsamt reagerar med vatten och slutligen producerar ofarliga och miljövänliga rester. Dessa material inkluderar dopad polykisel, kiselnitrid och en bioresorberbar polyanhydridbaserad polymer.
"Vi var de första att presentera exempel på övergående MEMS-enheter," sa Rogers. "Vi föreställer oss applikationer som sträcker sig från temporära implantat, för att tillgodose nuvarande otillfredsställda behov inom patientvården, till miljömonitorer som säkert försvinner efter en tids användning för att undvika behovet av återhämtning. Militära applikationer kan innefatta känsliga system utplacerade på avstånd, där oönskad återhämtning av en motståndare är ett bekymmer."
I inledande tester och utvärderingar testade Rogers och hans team förmågan hos deras material att lösas upp inuti små djur samtidigt som de fäster sig vid kroppsvävnader och uppnådde mycket lovande resultat. Deras arbete skulle så småningom kunna bana väg för tillverkning av upplösbara medicinska implantat, miljösensorer och andra typer av enheter som skulle tjäna på att försvinna på ett miljövänligt sätt efter att ha slutfört specifika uppgifter.
"I vår nuvarande forskning undersöker vi möjligheten att integrera dessa eko/bioresorberbara MEMS i olika av våra resorberbara elektronikplattformar för att skapa nya klasser av temporära implantatteknologier," tillade Rogers. + Utforska vidare
© 2022 Science X Network
