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会被体液溶化的电子元件
2012-10-19 15:49:19   编辑:萧萧   点击可以复制本篇文章的标题和链接
 
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科学家发明了一种超薄可溶解于人体的电子元件,研究人员利用蚕丝、多孔硅薄片和镁电极制作电路,这种电子元件在使用完毕以后可以溶解在人体或水中。《科学》的一篇文章详细介绍了如何制作这种微小、功能齐全、可自然分解的电子元件,来看果壳网的编译:

日前,美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)和塔夫茨大学(Tufts University)的研究者们发表声明说,他们发明了一类功能性电子植入物,可以在接触一定量的体液后溶解。这种可植入体有助于手术后头几天关键时期的治疗。为了展示这款电子植入物是如何工作的,研究人员将一块电路植入了一只老鼠的体内。电路使伤口处的体温暂时性地升高,起到杀灭细菌的效果,并在15天后溶化。这一研究结果日前发表在了《科学》上。

生物医学的研究者们把目光放在了“溶解过程可控”的理念上来,因为要研究出一种在人体内长时间存在还要与人体组织相容的材料来,实在是太困难了。如果药物植入体或是药品输送器在完成它们的工作之后能自动消失,那简直是再理想不过了。为了开发出这样的一套电子植入体,研究人员用蚕丝来保护整个系统。蚕丝具有特殊的物理性质,它可以调整不同的结晶度以适应不同的溶解时间,从几秒到几年的时间跨度都可以实现。

会被体液溶化的电子元件

蚕丝外壳所包裹的是一些纳米级厚度的硅片或者硅带,叫做硅纳米薄膜。硅纳米薄膜已被用于制造实验晶体管、二极管、互补逻辑器件和光电元件柔性表面材料。在伊利诺斯大学领导这项研究的约翰•罗杰斯(John A. Rogers)说,传统的硅片可能需要上千年才能在生物液体的作用下溶解,但硅纳米薄膜只需要几周的时间就可以消失

与伊利诺伊大学合作的塔夫茨大学为这项研究提供了蚕丝方面的专家资源并进行了动物实验。分析建模由美国西北大学(Northwestern University)和中国的大连理工大学(Dalian University of Technology)合作完成。美国亚利桑那大学的一位临床医生确认了这一产品具有热疗的效果。

罗杰斯说,虽然没有进行人体试验,但这个电路中所用到的所有材料都能在政府监管机构批准的其他医学使用中找到。缝合伤口用到过蚕丝,制造可降解血管支架用过镁,而硅也曾用于药物传输系统中。

为了更好的证明他们的发现,研究者们将所有可能会用到的元件都实验了一番,其中有感应器、电容器、电阻器、二极管和晶体管等等。事实证明,所有这些元件在浸入去离子水后都会分解溶化。而以上材料和制造技术也可以用于制造 “互补金属氧化物半导体”(CMOS)元件 。

一块电路在持续的滴水作用下完全溶化(伊利诺斯大学贝克曼研究院):


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卡内基梅隆大学的生物材料研究者克里斯多夫•伯丁葛(Christopher J. Bettinger)认为这是一项集成的壮举,将几个不同的领域很好地结合在了一起。他还补充说,这是一个非常灵活的系统,目前使用的蚕丝基板完全可以用其他可生物降解的高分子材料替代。伯丁葛没有参与这项研究。

研究人员面临的一个挑战是,找到其他的给这个电子植入物充电的方法。第一代设计用的是射频(RF)发电,但伯丁葛说,RF 线圈对方向非常敏感,如果病人还需要到处走动的话,大概就得调整供能方式了。

但伊利诺伊研究团队手中也握有一项优势。罗杰斯说,虽然现在还不是特别明显,但他们的工作和价值数十亿美元的半导体工业间有着一种潜在的联系。对于传统CMOS设备和不停更新换代的电子产品来说,越薄才越好!罗杰斯相信,他们的这一研究将会带动传统电子产品的蓬勃发展。

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