Bonelike 3-D silicium syntetiseret til potentiel brug med medicinsk udstyr

Forskere har udviklet en ny tilgang til bedre integration af medicinsk udstyr med biologiske systemer. Forskerne, ledet af Bozhi Tian, adjunkt i kemi ved University of Chicago, har udviklet de første skeletlignende siliciumpikler, der nogensinde er fremstillet via kemiske processer.

"Brug af knogledannelse som en vejledning, Tian -gruppen har udviklet et syntetisk materiale fra silicium, der viser potentiale for at forbedre interaktionen mellem blødt væv og hårde materialer, "sagde Joe Akkara, en programdirektør i National Science Foundation materialforskningsafdeling, som finansierer denne forskning. "Dette er kraften i grundlæggende videnskabelig forskning. Tian -gruppen har skabt et materiale, der foreløbig ser ud til at forbedre blødt vævs funktion."

I en Videnskab papir udgivet den 26. juni, Tian og hans medforfattere fra UChicago og Northwestern University beskrev deres nye metode til synteser og fremstilling af mesokopiske tredimensionelle halvledere (mellemliggende mellem nanometer og makroskopiske skalaer).

"Dette åbner op for en ny mulighed for at bygge elektronik til forbedret sansning og stimulering ved biointerfaces, "sagde hovedforfatter Zhiqiang Luo, en postdoktor i Tians laboratorium.

Teamet opnåede tre fremskridt inden for udvikling af halvleder og biologiske materialer. Et fremskridt var demonstrationen, strengt kemiske midler, af tredimensionel litografi. Eksisterende litografiske teknikker skaber funktioner over flade overflader. Laboratoriesystemet efterligner den naturlige reaktions-diffusionsproces, der fører til symmetri-afbrydende former i naturen:den rillede og hakkede form af en bi-stinger, for eksempel.

Tians team udviklede en trykmodulationssyntese, at fremme væksten af ​​silicium nanotråde og at fremkalde guldbaserede mønstre i silicium. Guld fungerer som siliciums vækstkatalysator. Ved gentagne gange at øge og reducere trykket på deres prøver, forskerne var i stand til at kontrollere guldets nedbør og diffusion langs siliciumets facetterede overflader.

"Ideen om at udnytte deponerings-diffusionscyklusser kan anvendes til syntetisering af mere komplekse 3D-halvledere, "sagde medlederforfatter Yuanwen Jiang, en Seymour Goodman -stipendiat i kemi ved UChicago.

3D silicium ætsning

Halvlederindustrien anvender våd kemisk ætsning med etsningsresist for at skabe plane mønstre på siliciumskiver. Dele af skiven maskeret med tynd film blokerer fysisk for ætsningen fra at blive udført undtagen på de åbne overflader.

I et andet fremskridt, Tian og hans medarbejdere udviklede en ny kemisk metode, der i stedet afhænger af guldatoms uhyggelige evne til at fange siliciumbærende elektroner til selektivt at forhindre ætsning.

Meget til deres overraskelse, forskerne fandt ud af, at selv et sparsomt dækning af guldatomer over siliciummatricen ville forhindre ætsning i at forekomme i deres nærhed. Denne metode gælder også for 3D -litografi af mange andre halvlederforbindelser.

"Dette er en grundlæggende ny mekanisme til ætsemaske eller ætsemodstand, "Tian sagde." Hele processen er kemisk. "

Yderligere test afslørede projektets tredje fremskridt. Testen viste, at de syntetiske siliciumspicules viste stærkere interaktioner med kollagenfibre-en hudlignende stand-in for biologisk væv-end de tilgængelige siliciumstrukturer i øjeblikket. Tian og hans medarbejdere indsatte de syntetiske spicules og de andre siliciumstrukturer i kollagenfibrene, derefter trak dem ud. Et atomkraftmikroskop målte den kraft, der kræves for at udføre hver handling.

"En af de største forhindringer inden for bioelektronik eller implantater er, at grænsefladen mellem den elektroniske enhed og vævet eller organet ikke er robust, "Sagde Tian.

Spicules viser løfte om at fjerne denne forhindring. De trængte let ind i kollagenet, blev derefter dybt forankret, meget som en bi -stinger i menneskets hud.