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Computación

Componentes electrónicos implantables de silicio-seda

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Los circuitos biodegradables podrían permitir la creación de mejores interfaces neuronales y tatuajes de LEDs.

  • por Katherine Bourzac | traducido por Francisco Reyes (Opinno)
  • 03 Noviembre, 2009

Mediante la construcción de componentes electrónicos de silicio delgados y flexibles sobre sustratos de seda, un grupo de investigadores han conseguir fabricar componentes electrónicos que prácticamente se disuelven por completo dentro del cuerpo. Hasta ahora el grupo de investigación ha hecho demostraciones de una serie de transistores fabricados sobre delgadas películas de seda. Aunque los componentes electrónicos normalmente tienen que ser encapsulados para protegeros del cuerpo, estos componentes no necesitan protección, y el uso de seda hace que se ajusten al tejido biológico. La seda de disuelve con el tiempo y los delgados circuitos de silicio que deja atrás no causan irritación puesto que sólo tienen unos cuantos nanómetros de grosor.

“Los dispositivos médicos actuales están muy limitados por el hecho de que los componentes electrónicos activos tienen que estar ‘enlatados,’ o aislados del cuerpo, y están hechos con silicio rígido,” afirma Brian Litt, profesor asociado de neurología y bioingeniería en la Universidad de Pensilvania. Litt, que está trabajando con el grupo de silicio-seda para desarrollar aplicaciones médicas para los nuevos dispositivos, afirma que podrían interactuar con los tejidos de formas novedosas. El grupo está desarrollando LEDs de silicio-seda que podrían actuar como tatuajes fotónicos para mostrar las lecturas del azúcar en la sangre, así como una serie de electrodos adaptables que podrían trabajar en contacto con el sistema nervioso.

El año pasado, John Rogers, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en el Instituto Beckman de la Universidad de Illinois en Champaign-Urbana, desarrolló unos circuitos de silicio flexibles y estirables cuyo rendimiento alcanza a de los circuitos rígidos. Para hacer que estos dispositivos sean biocompatibles, el laboratorio de Rob colaboró con Fiorenzo Omenetto y David Kaplan, profesores de bioingeniería en la Universidad Tufts en Medford, Massachusetts, que el año pasado informaron haber construido dispositivos ópticos con nanopatrones a partir de proteínas de capullos de gusanos de seda.

Para fabricar los dispositivos, se colocan en un sello transistores de silicio de alrededor de un milímetro de largo y 250 nanómetros de grosor, y después de transfieren a la superficie de una fina película de seda. La seda mantiene a cada dispositivo en su lugar, incluso después de que se implanten en el animal y se humedezcan con suero fisiológico, haciendo que se ajusten a la superficie del tejido. En un estudio publicado en la revista Applied Physics Letters, los investigadores informaron que estos dispositivos se pueden implantar en animales sin efectos adversos. Y el rendimiento de los transistores en la seda dentro del cuerpo no se ve afectado negativamente.

Con los componentes electrónicos de silicio-seda, la seda juega un papel pasivo pero importante. “La seda es lo suficientemente fuerte a nivel mecánico como para hacer de soporte, aunque si se le echa agua por encima se ajusta a la superficie del tejido,” afirma Omenetto. La seda ya está aprobada por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos para su uso en implantes médicos, y el cuerpo la descompone completamente en subproductos inofensivos. Las láminas de seda son flexibles, y se pueden enrollar y desenrollar durante la cirugía, facilitando que los cirujanos puedan trabajar con ella. Al ajustar las condiciones de procesado para fabricar las películas, los investigadores de Tufts son capaces de controlar la cuota de degradación de la película, desde inmediatamente después del implante hasta años después.

La biocompatibilidad del silicio no está tan bien establecida como la de la seda, aunque todos los estudios hasta ahora han demostrado que el material es seguro. Parece depender del tamaño y la forma de las piezas de silicio, por lo que el grupo está trabajando para minimizarlas. Estos dispositivos también requieren el uso de conexiones eléctricas de oro y titanio, que son biocompatibles pero no biodegradables. Rogers está desarrollando contactos eléctricos biodegradables para que lo único que quede sea el silicio.

El grupo está desarrollando en la actualidad unos electrodos construidos sobre seda como interfaces para el sistema nervioso. Los electrodos construidos sobre seda podrían, según señala Litt, integrarse mucho mejor con los tejidos biológicos que los electrodos actualmente existentes, que requieren que el tejido tenga que ser agujereado o se tienen que colocar encima de él. Los electrodos se podrían usar para envolver los nervios periféricos individuales y así ayudar al control de las prótesis. Se podría hacer que unas series de electrodos para aplicaciones tales como la estimulación cerebral profunda, que se utiliza para controlar los síntomas del Parkinson, se ajustaran a las hendiduras del cerebro y así alcanzar regiones que de otra forma serían inaccesibles. “Estaría muy bien ver que la sofisticación de los dispositivos se pone al día con la sofisticación de nuestra ciencia básica, y este tipo de tecnología podría realmente contribuir a ello,” afirma Litt.

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