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Electronique Silicon-Soie Implantable
En construisant des composants électroniques en silicium minces et flexibles sur des substrats en soie, les chercheurs ont fabriqué des composants électroniques qui se dissolvent presque complètement à l'intérieur du corps. Jusqu'à présent, le groupe de recherche a démontré des réseaux de transistors fabriqués sur des films minces de soie. Alors que l'électronique doit généralement être enfermée pour les protéger du corps, cette électronique n'a pas besoin de protection, et la soie signifie que l'électronique se conforme au tissu biologique. La soie fond avec le temps et les minces circuits de silicium laissés ne causent pas d'irritation car ils ne font que quelques nanomètres d'épaisseur.
Silicium sur soie : Ce film de soie transparent, d'environ un centimètre carré, a six transistors en silicium sur sa surface. Ces dispositifs flexibles peuvent être implantés chez des souris comme celle de cette image sans causer de dommages, et la soie se dégrade avec le temps. Le liquide orange sur les cheveux est un désinfectant utilisé pendant la chirurgie.
Les dispositifs médicaux actuels sont très limités par le fait que l'électronique active doit être 'en conserve' ou isolée du corps, et est sur du silicium rigide, dit Brian Litt , professeur agrégé de neurologie et de bio-ingénierie à l'Université de Pennsylvanie. Litt, qui travaille avec le groupe soie-silicium pour développer des applications médicales pour les nouveaux appareils, dit qu'ils pourraient interagir avec les tissus de nouvelles manières. Le groupe développe des LED en soie-silicium qui pourraient agir comme des tatouages photoniques pouvant montrer des lectures de glycémie, ainsi que des réseaux d'électrodes conformables qui pourraient s'interfacer avec le système nerveux.
L'année dernière , John Rogers , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Institut Beckman de l'Université de l'Illinois à Champaign-Urbana, a développé des circuits en silicium flexibles et extensibles dont les performances correspondent à celles de leurs homologues rigides. Pour rendre ces appareils biocompatibles, le laboratoire de Rogers a collaboré avec Fiorenzo Omenetto et David Kaplan , professeurs de bio-ingénierie à l'Université Tufts de Medford, MA, qui ont rapporté l'année dernière avoir fabriqué des dispositifs optiques à nanomotifs à partir de protéines de cocon de ver à soie.
Pour fabriquer les dispositifs, des transistors en silicium d'environ un millimètre de long et 250 nanomètres d'épaisseur sont collectés sur un tampon puis transférés à la surface d'un mince film de soie. La soie maintient chaque dispositif en place, même après que le réseau a été implanté dans un animal et mouillé avec une solution saline, ce qui l'amène à se conformer à la surface des tissus. Dans un article publié dans la revue Lettres de Physique Appliquée , les chercheurs rapportent que ces dispositifs peuvent être implantés chez les animaux sans effets indésirables. Et les performances des transistors sur soie à l'intérieur du corps n'en souffrent pas.
Dans l'électronique soie-silicium, la soie joue un rôle passif mais important. La soie est mécaniquement suffisamment résistante pour servir de support, mais si vous versez de l'eau dessus, elle épouse la surface du tissu, explique Omenetto. La soie est déjà approuvée par la Food and Drug Administration des États-Unis pour les implants médicaux et est complètement décomposée par le corps en sous-produits inoffensifs. Les draps de soie sont flexibles et peuvent être enroulés puis déroulés pendant la chirurgie, ce qui les rend plus faciles à utiliser pour les chirurgiens. En ajustant les conditions de traitement utilisées pour fabriquer les films, les chercheurs de Tufts peuvent contrôler la vitesse à laquelle les films se dégraderont, d'immédiatement après l'implantation à des années.
La biocompatibilité du silicium n'est pas aussi bien établie que celle de la soie, bien que toutes les études à ce jour aient montré que le matériau était sans danger. Cela semble dépendre de la taille et de la forme des morceaux de silicium, donc le groupe s'efforce de les minimiser. Ces appareils nécessitent également des connexions électriques en or et en titane, qui sont biocompatibles mais non biodégradables. Rogers développe des contacts électriques biodégradables pour qu'il ne reste plus que le silicium.
Le groupe conçoit actuellement des électrodes en soie comme interfaces du système nerveux. Les électrodes construites sur de la soie pourraient, selon Litt, s'intégrer beaucoup mieux aux tissus biologiques que les électrodes existantes, qui perforent le tissu ou reposent dessus. Les électrodes peuvent être enroulées autour des nerfs périphériques individuels pour aider à contrôler les prothèses. Des réseaux d'électrodes en soie pour des applications telles que la stimulation cérébrale profonde, qui est utilisée pour contrôler les symptômes de la maladie de Parkinson, pourraient se conformer aux crevasses du cerveau pour atteindre des régions autrement inaccessibles. Ce serait bien de voir la sophistication des appareils commencer à rattraper la sophistication de notre science fondamentale, et cette technologie pourrait vraiment combler cet écart, dit Litt.