Forbigående mikroelektromekaniske systemer, der kan selvopløses over tid

Typisk er hovedmålet for elektronikingeniører at udvikle komponenter og enheder, der er holdbare og kan fungere i lange perioder uden at blive beskadiget. Sådanne enheder kræver modstandsdygtige materialer, som i sidste ende bidrager til ophobningen af ​​elektronisk affald på vores planet.

Forskere ved Northwestern University og University of Illinois har udført forskning med fokus på en helt anden type elektromekaniske systemer (MEMS):dem, der er baseret på såkaldte "transiente materialer." Forbigående materialer er materialer, der kan opløses, resorberes, desintegreres eller fysisk forsvinde på andre måder på programmerede og bestemte tidspunkter.

Deres seneste papir, udgivet i Nature Electronics , introducerer nye MEMS baseret på fuldt vandopløselige materialer, der kan opløses i deres omgivende miljø efter fastsatte tidsperioder. I fremtiden kan disse materialer hjælpe med at mindske mængden af ​​elektronisk affald, hvilket muliggør udviklingen af ​​nogle elektroniske enheder, der spontant forsvinder, når de ikke længere er nødvendige.

"Dette arbejde bygger på vores bestræbelser på at skabe materialerne og det tekniske grundlag for 'forbigående' elektroniske enheder," sagde John A. Rogers, en af ​​forskerne, der udførte undersøgelsen, til Tech Xplore. "En undergruppe af denne klasse af transiente enheder er dem, der er i stand til resorption i biovæsker eller grundvand gennem hydrolyseprocesser til godartede slutprodukter."

I løbet af de sidste par år har Rogers og hans forskningsgruppe designet flere materialer, der kan opløses i deres omgivende miljø. I deres tidligere arbejde demonstrerede de også det enorme potentiale i disse materialer til at skabe midlertidige medicinske implantater med digitale elektroniske muligheder.

For eksempel foreslog de brugen af ​​disse materialer til at fremstille resorberbare sensorer, der kunne implanteres i hjernen på patienter efter en traumatisk hjerneskade eller efter en hjerneoperation, for at detektere interkranielt tryk. Tilsvarende fremhævede de den potentielle brug af bioresorberbare materialer til at skabe enheder, der stimulerer kroppen indefra, såsom pacemakere (implanterede enheder, der hjælper patienter med at komme sig efter en hjerteoperation ved at kontrollere deres hjerterytme).

"Mange af disse systemer kunne drage fordel af øko/bioresorberbare MEMS-teknologier til avanceret funktion, en kapacitet, der er fraværende fra vores tidligere arbejde på dette område," forklarede Rogers. "Vores nye MEMS-enheder er unikt kendetegnet ved deres evne til at opløses i vandige omgivelser - enten i kroppen eller i miljøet."

MEMS skabt af dette team af forskere består af forskellige materialer, der gradvist forsvinder, langsomt reagerer med vand og til sidst producerer harmløse og miljøvenlige rester. Disse materialer omfatter doteret polysilicium, siliciumnitrid og en bioresorberbar polyanhydrid-baseret polymer.

"Vi var de første til at præsentere eksempler på forbigående MEMS-enheder," sagde Rogers. "Vi forestiller os applikationer, der spænder fra midlertidige implantater, til at imødekomme nuværende udækkede behov i patientpleje, til miljømonitorer, der sikkert forsvinder efter en tids brug for at undgå behovet for restitution. Militære applikationer kan omfatte følsomme systemer, der er indsat på afstand, hvor uønsket genopretning af en modstander er en bekymring."

I indledende tests og evalueringer testede Rogers og hans team deres materialers evne til at opløses inde i små dyr, mens de klæber til kropsvæv og opnåede meget lovende resultater. Deres arbejde kunne således i sidste ende bane vejen mod fremstilling af opløselige medicinske implantater, miljøsensorer og andre typer enheder, som ville have gavn af at forsvinde på en miljøvenlig måde efter at have afsluttet specifikke opgaver.

"I vores nuværende forskning undersøger vi muligheden for at integrere disse øko/bioresorberbare MEMS i forskellige af vores resorberbare elektronikplatforme for at skabe nye klasser af midlertidige implantatteknologier," tilføjede Rogers. + Udforsk yderligere

Den første forbigående pacemaker nogensinde opløses uskadeligt i kroppen

© 2022 Science X Network