Ultratyndt, men sejt implanterbart materiale kan behandle rygmarvsskade og Parkinsons sygdom

Fleksibel implanteret elektronik er et skridt nærmere kliniske applikationer takket være en nylig banebrydende teknologi udviklet af et forskerhold fra Griffith University og UNSW Sydney.

Arbejdet blev pioneret af Dr. Tuan-Khoa Nguyen, professor Nam-Trung Nguyen og Dr. Hoang-Phuong Phan (i øjeblikket seniorlektor ved University of New South Wales) fra Griffith Universitys Queensland Micro and Nanotechnology Center (QMNC) ved hjælp af i -hus siliciumcarbidteknologi som en ny platform for langsigtede elektroniske biovævsgrænseflader.

Projektet var vært for QMNC, som huser en del af Queensland-knudepunktet i Australian National Nanofabrication Facility (ANFF-Q).

ANFF-Q er en virksomhed etableret under National Collaborative Research Infrastructure Strategy for at levere nano- og mikrofabrikationsfaciliteter til Australiens forskere.

QMNC tilbyder unikke muligheder for udvikling og karakterisering af materiale med bred båndgab, en klasse af halvledere, der har elektroniske egenskaber, der ligger mellem ikke-ledende materialer såsom glas og halvledende materialer såsom silicium, der bruges til computerchips.

Disse egenskaber gør det muligt for enheder fremstillet af disse materialer at fungere under ekstreme forhold, såsom højspænding, høj temperatur og korrosive miljøer.

QMNC og ANFF-Q forsynede dette projekt med siliciumcarbidmaterialer, den skalerbare fremstillingsevne og avancerede karakteriseringsfaciliteter til robuste mikro/nanobioelektroniske enheder.

"Implanterbare og fleksible enheder har et enormt potentiale til at behandle kroniske sygdomme som Parkinsons sygdom og skader på rygmarven," sagde Dr. Tuan-Khoa Nguyen.

"Disse enheder giver mulighed for direkte diagnose af lidelser i indre organer og giver passende terapier og behandlinger.

"For eksempel kan sådanne enheder tilbyde elektriske stimulationer til målrettede nerver for at regulere unormale impulser og genoprette kropsfunktioner."

På grund af behovet for direkte kontakt med biovæsker er det en skræmmende udfordring at opretholde deres langsigtede drift, når de implanteres.

Forskerholdet udviklede et robust og funktionelt materialesystem, der kunne bryde igennem denne flaskehals.

"Systemet består af siliciumcarbid nanomembraner som kontaktfladen og siliciumdioxid som den beskyttende indkapsling, der viser uovertruffen stabilitet og opretholder dets funktionalitet i biovæsker," sagde professor Nam-Trung Nguyen.

"For første gang har vores team med succes udviklet et robust implanterbart elektronisk system med en forventet varighed på et par årtier."

Forskerne demonstrerede flere modaliteter af impedans- og temperatursensorer og neurale stimulatorer sammen med effektiv perifer nervestimulation i dyremodeller.

Tilsvarende forfatter Dr. Phan sagde, at implanterede enheder såsom hjertetempomarkører og dybe hjernestimulatorer havde kraftfulde evner til rettidig behandling af adskillige kroniske sygdomme.

"Traditionelle implantater er voluminøse og har en anden mekanisk stivhed end menneskeligt væv, der udgør potentielle risici for patienterne. Udviklingen af ​​mekanisk bløde, men kemisk stærke elektroniske enheder er nøgleløsningen på dette langvarige problem," sagde Dr. Phan.

Konceptet med den fleksible siliciumcarbidelektronik giver lovende muligheder for neurovidenskab og neurale stimuleringsterapier, som kan tilbyde livreddende behandlinger for kroniske neurologiske sygdomme og stimulere patientens restitution.

"For at gøre denne platform til virkelighed er vi heldige at have et stærkt tværfagligt forskerhold fra Griffith University, UNSW, University of Queensland, Japan Science and Technology Agency (JST) - ERATO, som hver især bringer deres ekspertise inden for materialevidenskab, mekanisk/ elektroteknik og biomedicinsk teknik," sagde Dr. Phan.

Forskningen er for nylig blevet offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences . + Udforsk yderligere

En ny platform til kontrolleret design af trykt elektronik med 2D-materialer