Шелковые: К внедрению готовы
Кроме того, в отличие от обычной электроники, которая при имплантации должна быть тщательно изолирована от разрушающего действия межклеточной жидкости, новые устройства не нуждаются в такой защите, а шелк обеспечивает их прекрасную совместимость с живыми тканями. Постепенно он растворяется в организме, а остающиеся кремниевые микросхемы не вызывают раздражения и других проблем, поскольку их величина измеряется нанометрами.
Сегодня имплантация электронных устройств медицинского назначения очень ограничена — в частности, из-за необходимости их изоляции от среды организма. Но вот исследователи во главе с Джоном Роджерсом (John Rogers) заявляют, что их микросхемы на основе шелка будут взаимодействовать с тканями совсем по-другому. Ученые обещают возможность использовать эту разработку в качестве своего рода «татуировок», высвечивающих, например, уровень сахара в крови.
Еще в прошлом году Роджерсу удалось разработать гибкие растяжимые кремниевые микросхемы, производительность которых не уступает их «жестким» аналогам. Вскоре вместе с биоинженерами Фиоренцо Оменетто (Fiorenzo Omenetto) и Дэвидом Капланом (David Kaplan) он начал работу над шелковой подкладкой для таких микросхем, а также технологией их внедрения в организм.
Для изготовления новых устройств кремниевые транзисторы длиной около 1 мм и толщиной 250 нм, помещают на специальный «штамп», с помощью которого они переносятся на поверхность тончайшей шелковой пленки. Шелк удерживает все устройства на местах даже после имплантации в организм и смачивания физиологическими жидкостями, обеспечивает плотное прилегание пленки к поверхности ткани. Нахождение внутри организма никак не влияет на производительность транзисторов.
В функционировании шелково-кремниевой электроники шелк играет пассивную, но важную роль. Он обеспечивает достаточную механическую прочность всего устройства. Он уже получил официальное одобрение американского Управления по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) для имплантации в организм человека, где он со временем полностью разлагается на безопасные для здоровья соединения. Шелковые пленки очень гибкие, их можно хранить в свернутом виде и разворачивать во время операции, что облегчает работу хирургов. А варьирование условий производства шелковых пленок позволяет «устанавливать» нужную скорость их деградации в организме — от нескольких минут до нескольких лет.
Для имплантатов большое значение имеют размер и форма кремниевых деталей, поэтому разработчики стараются сделать их как можно более мелкими. Таким устройствам нужны еще и электрические контакты, которые обычно изготавливаются из инертных золота и титана: они безвредны, но не разлагаются в организме. Так что параллельно Роджерс с коллегами заняты созданием материалов и для биоразрушаемых электрических контактов, чтобы в конечном итоге в организме оставались только наноразмерные кремниевые детали.
Гибкие шелко-кремниевые электроды смогут играть роль интерфейса между нервной системой и внешними устройствами — например, электронными протезами. Такие электроды должны взаимодействовать с живыми тканями гораздо лучше, чем существующие аналоги, которые либо пронизывают ткань, либо находятся на ее поверхности. Электроды на основе шелка можно, например, оборачивать вокруг отдельных периферических нервов, что позволит лучше контролировать движения протезов. Комплексы шелко-кремниевых электродов, предназначенных для таких целей, как глубокая стимуляция мозга, способны повторять контуры извилин его коры, стимулируя пока что недоступные зоны.