基于蚕丝的电子产品按需溶解,用于可消失的医疗植入物

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点


想象一下,一种电子医疗植入物,像可溶解的缝线一样,在不再需要时可以自行分解。现在,一种蚕丝和硅的创新组合已被用于制造这种短暂但有效的设备,包括二极管、晶体管、微型加热器和应力传感器。

一种柔性设备,只有纳米厚,可以对抗术后感染,甚至可以捕获图像——直到它的工作完成,它就会按需消失。“这些电子设备在你需要它们时出现,在它们完成使命后,就会消失,”西北大学的工程师黄永刚在一份准备好的声明中说。这些所谓的瞬态电子产品已被证明可以在大鼠体内工作并消失。这些新的电子设备可以通过感应线圈进行无线供电。

稳定的硅基电子产品似乎并不是最可生物降解的物体。“虽然硅看起来是不可渗透的,但最终它会溶解在水中,”塔夫茨工程学院的生物医学工程师菲奥伦佐·奥梅内托在一份准备好的声明中说。他和他的同事们通过仅使用硅的纳米膜来提高溶解速度。在超薄的硅上,他们添加了少量的镁以进行导电——并将所有东西包裹在来自蚕茧的蚕丝蛋白中以支撑电路。但这种蚕丝不是直接从蚕茧中取出的。首先,研究人员溶解了天然制成的蚕丝。然后,他们控制晶体的重构以确定其结构。不同的蚕丝晶体结构会导致不同的溶解时间。因此,通过选择他们正在创建的精确蚕丝晶体,研究人员可以产生一种会在特定时间间隔后消失的物质。他们使用这种特定的蚕丝来涂覆整个设备。


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电路中包含的硅和镁的含量低于最大安全水平,因此它们应该适合人体。“我们选择了人体熟悉的材料,”黄说。“我们不想使用人体没有接触过的材料。”

这些电路“将在规定的时间内完全重新吸收到环境中——从几分钟到几年不等,具体取决于应用”,具体取决于蚕丝的重结晶结构,奥梅内托说。并且由于电子组件可以简单地消失,因此可以避免进行额外的外科手术来移除它们。

这种电子结构的方法与传统的工程理念截然相反。“从电子工业的早期开始,一个关键的设计目标就是制造可以永久使用的设备,”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的工程师约翰·罗杰斯在一份准备好的声明中说。“但是,如果你考虑相反的可能性——设计成可以以受控和编程的方式物理消失的设备——那么其他完全不同的应用机会就会出现。”

这些传感器的无害性意味着它们既可以在体内使用,也可以在环境中使用,甚至有一天可能会在手机和目前堆积在垃圾填埋场的其他消费电子产品中使用。“这是一个新概念,所以可能有很多机会,其中很多我们可能还没有发现,”罗杰斯说。“我们非常兴奋。”

罗杰斯和他的同事此前设计了一种可以像临时纹身一样附着在皮肤上的柔性电子电路

这种可溶解的电路在9月27日在线发表于《科学》杂志上的一项新研究中进行了描述。

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