Kredit:Tuan-Khoa Nguyen
Flexibel implanterad elektronik är ett steg närmare kliniska tillämpningar tack vare en nyligen banbrytande teknologi utvecklad av ett forskarlag från Griffith University och UNSW Sydney.
Arbetet var pionjärer av Dr Tuan-Khoa Nguyen, professor Nam-Trung Nguyen och Dr Hoang-Phuong Phan (för närvarande lektor vid University of New South Wales) från Griffith Universitys Queensland Micro and Nanotechnology Center (QMNC) med hjälp av i -hus kiselkarbidteknologi som en ny plattform för långsiktiga elektroniska biovävnadsgränssnitt.
Projektet var värd av QMNC, som inrymmer en del av Queensland-noden i Australian National Nanofabrication Facility (ANFF-Q).
ANFF-Q är ett företag etablerat under National Collaborative Research Infrastructure Strategy för att tillhandahålla nano- och mikrotillverkningsfaciliteter för Australiens forskare.
QMNC erbjuder unika möjligheter för utveckling och karakterisering av material med brett bandgap, en klass av halvledare som har elektroniska egenskaper som ligger mellan icke-ledande material som glas och halvledande material som kisel som används för datorchips.
Dessa egenskaper gör att enheter tillverkade av dessa material kan fungera under extrema förhållanden som högspänning, hög temperatur och korrosiva miljöer.
QMNC och ANFF-Q försåg detta projekt med kiselkarbidmaterial, den skalbara tillverkningsförmågan och avancerade karaktäriseringsfaciliteter för robusta mikro/nanobioelektroniska enheter.
"Implanterbara och flexibla enheter har en enorm potential för att behandla kroniska sjukdomar som Parkinsons sjukdom och skador på ryggmärgen", sa Dr Tuan-Khoa Nguyen.
"Dessa enheter möjliggör direkt diagnos av störningar i inre organ och ger lämpliga terapier och behandlingar.
"Till exempel kan sådana enheter erbjuda elektriska stimulanser till riktade nerver för att reglera onormala impulser och återställa kroppsfunktioner."
På grund av kravet på direktkontakt med biovätskor är det en skrämmande utmaning att bibehålla deras långsiktiga funktion när de implanteras.
Forskargruppen utvecklade ett robust och funktionellt materialsystem som kunde bryta igenom denna flaskhals.
"Systemet består av nanomembran av kiselkarbid som kontaktyta och kiseldioxid som skyddande inkapsling, som visar oöverträffad stabilitet och bibehåller sin funktionalitet i biovätskor," sa professor Nam-Trung Nguyen.
"För första gången har vårt team framgångsrikt utvecklat ett robust implanterbart elektroniskt system med en förväntad varaktighet på några decennier."
Forskarna visade flera modaliteter av impedans- och temperatursensorer och neurala stimulatorer tillsammans med effektiv perifer nervstimulering i djurmodeller.
Motsvarande författare Dr Phan sa att implanterade enheter som hjärttempomarkörer och djupa hjärnstimulatorer hade kraftfulla möjligheter för snabb behandling av flera kroniska sjukdomar.
"Traditionella implantat är skrymmande och har en annan mekanisk styvhet än mänskliga vävnader som utgör potentiella risker för patienter. Utvecklingen av mekaniskt mjuka men kemiskt starka elektroniska apparater är nyckellösningen på detta långvariga problem", säger Dr Phan.
Konceptet med den flexibla kiselkarbidelektroniken ger lovande vägar för neurovetenskap och neurala stimuleringsterapier, som kan erbjuda livräddande behandlingar för kroniska neurologiska sjukdomar och stimulera patientens återhämtning.
"För att göra den här plattformen till verklighet har vi turen att ha ett starkt multidisciplinärt forskarteam från Griffith University, UNSW, University of Queensland, Japan Science and Technology Agency (JST) — ERATO, med var och en med sin expertis inom materialvetenskap, mekanisk/ elektroteknik och biomedicinsk teknik", säger Dr Phan.
Forskningen har nyligen publicerats i Proceedings of the National Academy of Sciences . + Utforska vidare
