Flexibele geïmplanteerde elektronica is een stap dichter bij klinische toepassingen dankzij een recente baanbrekende technologie die is ontwikkeld door een onderzoeksteam van de Griffith University en UNSW Sydney.

Het werk werd ontwikkeld door Dr. Tuan-Khoa Nguyen, Professor Nam-Trung Nguyen en Dr. Hoang-Phuong Phan (momenteel een hoofddocent aan de Universiteit van New South Wales) van het Queensland Micro and Nanotechnology Centre (QMNC) van de Griffith University met behulp van in-house siliciumcarbidetechnologie als een nieuw platform voor langdurige elektronische bioweefselinterfaces.

Het project werd gehost door de QMNC, die een deel van de Queensland-knoop van de Australian National Nanofabrication Facility (ANFF-Q) huisvest.

ANFF-Q is een bedrijf dat is opgericht onder de National Collaborative Research Infrastructure Strategy om nano- en microfabricagefaciliteiten te bieden aan Australische onderzoekers.

De QMNC biedt unieke mogelijkheden voor de ontwikkeling en karakterisering van materiaal met een brede bandafstand, een klasse van halfgeleiders met elektronische eigenschappen die liggen tussen niet-geleidende materialen zoals glas en halfgeleidende materialen zoals silicium die worden gebruikt voor computerchips.

Dankzij deze eigenschappen kunnen apparaten die van deze materialen zijn gemaakt, werken onder extreme omstandigheden, zoals hoge spanning, hoge temperaturen en corrosieve omgevingen.

De QMNC en ANFF-Q voorzagen dit project van siliciumcarbidematerialen, de schaalbare productiecapaciteit en geavanceerde karakteriseringsfaciliteiten voor robuuste micro/nanobio-elektronische apparaten.

Implanteerbare en flexibele apparaten hebben een enorm potentieel voor de behandeling van chronische ziekten zoals de ziekte van Parkinson en verwondingen aan het ruggenmerg.

Deze apparaten maken directe diagnose van aandoeningen in inwendige organen mogelijk en bieden geschikte therapieën en behandelingen.

Dergelijke apparaten kunnen bijvoorbeeld elektrische stimulaties bieden aan gerichte zenuwen om abnormale impulsen te reguleren en lichaamsfuncties te herstellen."

Dr. Tuan-Khoa Nguyen, Queensland Micro and Nanotechnology Centre (QMNC) van de Griffith University

Vanwege de behoefte aan direct contact met biovloeistoffen, is het een enorme uitdaging om hun werking op lange termijn te behouden wanneer ze worden geïmplanteerd.

Het onderzoeksteam ontwikkelde een robuust en functioneel materiaalsysteem dat dit knelpunt zou kunnen doorbreken.

"Het systeem bestaat uit siliciumcarbide-nanomembranen als contactoppervlak en siliciumdioxide als beschermende inkapseling, met een ongeëvenaarde stabiliteit en behoud van zijn functionaliteit in biovloeistoffen", zei professor Nam-Trung Nguyen.

"Voor de eerste keer heeft ons team met succes een robuust implanteerbaar elektronisch systeem ontwikkeld met een verwachte levensduur van enkele decennia."

De onderzoekers demonstreerden meerdere modaliteiten van impedantie- en temperatuursensoren en neurale stimulatoren samen met effectieve perifere zenuwstimulatie in diermodellen.

Corresponderende auteur Dr. Phan zei dat geïmplanteerde apparaten zoals hartslagmeters en diepe hersenstimulatoren krachtige mogelijkheden hebben voor een tijdige behandeling van verschillende chronische ziekten.

"Traditionele implantaten zijn omvangrijk en hebben een andere mechanische stijfheid dan menselijke weefsels die potentiële risico's voor patiënten met zich meebrengen. De ontwikkeling van mechanisch zachte maar chemisch sterke elektronische apparaten is de belangrijkste oplossing voor dit al lang bestaande probleem”, zei Dr. Phan.

Het concept van de flexibele elektronica van siliciumcarbide biedt veelbelovende mogelijkheden voor neurowetenschappelijke en neurale stimulatietherapieën, die levensreddende behandelingen voor chronische neurologische aandoeningen kunnen bieden en het herstel van de patiënt kunnen stimuleren.

“Om dit platform te realiseren, hebben we het geluk dat we een sterk multidisciplinair onderzoeksteam hebben van Griffith University, UNSW, University of Queensland, Japan Science and Technology Agency (JST) – ERATO, met elk hun expertise in materiaalwetenschap, mechanische/ elektrotechniek en biomedische technologie”, zegt dr. Phan.