(Nanowerk Nieuws) 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 (PNAS, "Brede bandgap halfgeleider nanomembranen als een lange termijn bio-interface voor flexibele, geïmplanteerde neuromodulator"). 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. Geïmplanteerde SiC-elektronica voor het zenuwstimulatieprotocol. (A) Concept van SiC/SiO2 elektronica voor neuromodulatie, die het herstel van motorische en fysiologische functies bevordert. (B) Schematische weergave van de flexibele SiC/SiO2 gewikkeld rond een heupzenuw voor langdurige elektrische prikkels en waarneming. (C) Explosietekening van het voorgestelde flexibele SiC/SiO2 bio-elektronisch systeem (Al: aluminium). (Afbeelding: Tuan-Khoa Nguyen) Het project werd gehost door de QMNC, die een deel van het knooppunt Queensland 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 om chronische ziekten zoals de ziekte van Parkinson en verwondingen aan het ruggenmerg te behandelen," zei Dr. Tuan-Khoa Nguyen. “Deze apparaten maken directe diagnose van aandoeningen in inwendige organen mogelijk en bieden geschikte therapieën en behandelingen. "Zulke apparaten kunnen bijvoorbeeld elektrische stimulaties bieden aan gerichte zenuwen om abnormale impulsen te reguleren en lichaamsfuncties te herstellen." 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.