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Circuitos biodegradables podrían permitir mejores interfaces neurales y tatuajes de LEDs

Silicio sobre seda: Esta película de seda transparente, de alrededor de un centímetro cuadrado, tiene seis transistores de silicio en la 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 de color naranja en el pelaje es un desinfectante utilizado durante la cirugía. Crédito: Rogers / Omenetto

Instalando delgados y flexibles circuitos electrónicos de silicio sobre sustratos de seda, los investigadores han logrado que esta electrónica se disuelva casi totalmente en el interior del cuerpo. Hasta el momento, el grupo de investigación ha demostrado que es posible construir conjuntos de transistores sobre una película delgada de seda. Mientras que los artefactos electrónicos por lo general deben estar encapsulados para protegerlos del cuerpo, estos circuitos no necesitan protección, y la seda: permite que la electrónica se ajuste a los tejidos biológicos. La seda se deshace con el tiempo, y los circuitos de fino silicio que quedan no causan irritación debido a que tienen sólo unos nanómetros de espesor.

“Los dispositivos médicos actuales están muy limitados por el hecho de que la electrónica activa tiene que ser ‘enlatada’ o aislada del cuerpo, y están construidos de 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 sobre seda para desarrollar aplicaciones médicas de los nuevos dispositivos, dice que ellos pueden interactuar con tejidos de nuevas maneras. El grupo está desarrollando LEDs de silicio-seda que podrían actuar como fototatuajes para mostrar las lecturas de azúcar en la sangre, así como conjuntos de electrodos ajustables a los tejidos que puedan interactuar con el sistema nervioso.

El año pasado, John Rogers, profesor de Ciencias de los Materiales e Ingeniería en el Instituto Beckman de la Universidad de Illinois en Champaign-Urbana, desarrolló circuitos de silicio flexibles y elásticos cuyo rendimiento es similar al de sus homólogos rígidos. Para hacer que estos dispositivos fueran biocompatibles, el laboratorio de Rogers colaboró con Fiorenzo Omenetto y David Kaplan, profesores de Bioingeniería en la Universidad Tufts en Medford, MA, que el año pasado informaron haber realizado dispositivos ópticos nanoestructurados con proteínas del capullo del gusano de seda.

Para hacer los dispositivos, los transistores de silicio de un milímetro de longitud y 250 nanómetros de espesor se juntan en un sello de estampado y luego se transfieren sobre la superficie de una fina película de seda. La seda sostiene a cada dispositivo en su lugar, incluso después de que la matriz se implanta en un animal y es humedecida con solución salina, haciendo que se ajuste a la superficie del tejido. En un artículo publicado en la revista Applied Physics Letters, los investigadores informan que estos dispositivos se pueden implantar en animales sin efectos adversos. Y la performance de los transistores sobre la seda no sufre disminución dentro el cuerpo.

“La seda es lo bastante fuerte mecánicamente como para actuar como un apoyo, pero si se vierte agua sobre ella, se adapta a la superficie del tejido”, dice Omenetto. La seda ya está aprobada por la Food and Drug Administration de EEUU para su uso en implantes médicos y se descompone por completo en el cuerpo, dejando subproductos inocuos. Las telas de seda son flexibles y se pueden enrollar y luego desplegar durante la cirugía, lo que facilita el trabajo de los cirujanos. Ajustando las condiciones del proceso que se utiliza para la fabricación de las películas, los investigadores de Tufts pueden controlar la velocidad a la que se degradan las películas, desde inmediatamente después de la implantación a años.

La biocompatibilidad del silicio no está tan bien establecida como la de la seda, aunque hasta ahora todos los estudios han demostrado que el material es seguro. Parece que depende del tamaño y la forma de las piezas de silicio, 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 conexiones eléctricas biodegradables para que sólo quede como resto el silicio.

En la actualidad, el grupo está diseñando electrodos hechos en seda como interfaces para el sistema nervioso. Litt dice que los electrodos construidos sobre seda se podrían integrar mucho mejor con los tejidos biológicos que los electrodos existentes, que, o bien atraviesan el tejido, o bien se apoyan sobre él. Los electrodos se podrían envolver alrededor de los nervios periféricos individuales para ayudar al control de las prótesis. Se podrían usar matrices de electrodos de seda para aplicaciones tales como la estimulación cerebral profunda, que se utiliza para controlar los síntomas del Parkinson, con la capacidad de ajustarse a los canales del cerebro y llegar a regiones inaccesibles. “Sería agradable ver que la sofisticación de los dispositivos se pone al día con la sofisticación de nuestra ciencia básica, y esta tecnología podría realmente cerrar esa brecha”, afirma Litt.

Fuente: Tecnology Revew. Aportado por Eduardo J. Carletti


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