Zewnętrzną część opisywanych w Science oraz Applied Physics Letters [3,4] elektronicznych układów medycznych stanowi powłoka wykonana z jedwabiu. Poprzez kontrolowanie jej grubości - jest ona bowiem powoli zwilżana i rozkładana  - można ustalić długość pracy układu.

Implant, zbudowany do zwalczania zakażeń w ranach pooperacyjnych, jest potrzebny jedynie na kilka tygodni. Telefony komórkowe zużywają  się zwykle po roku, dwóch latach użytkowania. Możliwość tworzenia urządzeń o tak dużej plastyczności czasowej była kluczową sprawą w projekcie – opisuje Fiorenzo Omenetto.

Jedwabna powierzchnia urządzeń pozwala na przyczepienie urządzenia np. na powierzchni mózgu. Dzięki opracowanej technologii produkty rozpadu takiego implantu nie powodują  reakcji zapalnych. Rdzeniem nowych bioukładów jest połączenie magnezu, krzemu i dwutlenku krzemu. Magnez ma w nich zastępować powszechnie używane w elektronice miedź oraz srebro. Jest również przewodnikiem, ale zdecydowanie bardziej reaktywnym w środowisku wodnym. To co było wadą przy projektowaniu tradycyjnej elektroniki w bioinżynierii okazało się zaletą- a dawka magnezu przyjęta po biodegradacji takich urządzeń jest bezpieczna dla zdrowia. W wielu dotychczasowych implantach zamiast krzemu używane były związki organiczne rozpuszczalne z czasem w płynach ustrojowych.

Dlaczego duet amerykańskich naukowców zdecydował się pozostać przy jednym z najbardziej tradycyjnych dla elektroniki pierwiastku? Powody są dwa. Pierwszym z nich jest doskonale już opracowana i tania technologia produkcji np. fotolitografia. Drugim jest możliwość „obejścia” pozornej nierozpuszczalności krzemu poprzez użycie bardzo cienkich warstw. Standardowemu waflowi krzemowemu rozpuszczenie się w wodzie zajęło by dziesiątki lat, podczas gdy używanej w prototypach warstwie 100 nanometrowej niecały miesiąc.

Wyniki pierwszych testów na zwierzętach są obiecujące- brak bowiem śladów reakcji zapalnych wokół degradowanych implantów.

Dzięki wsparciu US Defense Advanced Research Projects Agency grupa naukowców pracuje obecnie nad usprawnieniem produkcji dzięki której powstaną pierwsze urządzenia mające zastosowanie medyczne. 

Michał Laskowski

[1] Część projektu Healthy Aims tworzonego przez Instytut Technologii Elektronowej

http://www.ist-world.org/ProjectDetails.aspx?ProjectId=92bdd9a7600f4837ab1fcbeba4ee90fa

[2] Biodegradable electronics here today, gone tomorrow

http://www.nature.com/news/biodegradable-electronics-here-today-gone-tomorrow-1.11497

[3] Hwang, S.-W. et al. Science337, 1640–1644 (2012).

[4] Kim, D.-H. et al. Appl. Phys. Lett. 95, 133701 (2009).