Электронные компоненты на основе подхода лазерной интеграции для биосовместимых/биоразлагаемых гибких электронных схем

Научная библиотека Комментарии к записи Электронные компоненты на основе подхода лазерной интеграции для биосовместимых/биоразлагаемых гибких электронных схем отключены

Шеремет Евгения Сергеевна // КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

В современной медицине используется широкий спектр имплантатов, заменяющих функции различных тканей и органов в организме человека (например, костные имплантаты, скаффолды, кардиостимуляторы и даже сердце целиком). Так, в настоящее время с использованием имплантатов становится доступным передвижение людей с ограниченными возможностями, а человек с атеросклерозом может дольше жить за счет стентирования. Традиционно в медицине используются пассивные хирургические имплантаты (ISO 14630:2012 Non-active surgical implants — General requirements), однако в последние несколько десятилетий, с развитием микроэлектроники, разрабатываются и создаются активные имплантируемые медицинские приборы (Directive 90/385/EEC relating to active implantable medical devices) для мониторирования параметров человеческого тела и стимуляции. При этом послеоперационный мониторинг, как и отслеживание состояния здоровья in-vivo, в общем случае, является огромной проблемой связанной не только с установкой диагностирующих, терапевтических устройств, но и с их извлечением. Нередко показаниями к хирургическому извлечению имплантата являются воспаление, инфекция, аллергическая реакция на имплантат. Одним из подходов по снижению такого влияния на организм является разработка биоразлагаемых имплантатов и электроники в виде биодеградируемых пластин, винтов, сеток и мембран с нанесенными на них молекулярными датчиками, биоэлектродами, антеннами, суперкондесаторами, транзисторами и пр. Такие электронные компоненты деградируют в процессе жизнедеятельности человека и, постепенно разрушаясь, выводятся из организма. Однако, данные устройства требуют множества компонентов, таких как датчики, биоэлектроды для снятия электрических сигналов и стимуляции (например, в нейроинтерфейсах), подложки, средства передачи сигнала и источники питания, которые могли бы обеспечивать их долговременную работу. Расширение функционала таких устройств требует их миниатюризации и создания управляющих, вычислительных, логических микросхем. Проще всего это реализовать в носимой электронике, где первые коммерческие решения, представленные на рынке, основаны на классических кремниевых технологиях. Свойства гибкости и биосовместимости реализуется путем переноса электронных устройств с кремниевой подложки на полимерную. При этом сама электроника не отвечает требованиям гибкости и биосовместимости. Технологии имплантируемой биодеградируемой электроники находятся в стадии научного поиска. Лазерные технологии предоставляют уникальную возможность реализации нового типа компонентов гибкой биодеградируемой электроники за счет лазерной интеграции наноматериалов в биосовместимые и биоразлагаемые полимеры. Один из таких наноматериалов — это графен, его отличает химическая инертность, хорошая электропроводность, он широко используются в биомедицинских исследованиях в качестве материала для создания систем доставки лекарств, клеточных сенсоров и др. Оксид графена также показал себя как перспективный материал для биомедицинских применений, причем он может быть восстановлен химическим, термическим или лазерным воздействием до проводящего графеноподобного материала, восстановленного оксида графена. Мы предлагаем использовать лазерное излучение для восстановления оксида графена, что приведет к формированию проводящих структур. Использование в качестве подложки биосовместимых/ биодеградируемых полимеров позволит создать композит в области воздействия лазерного излучения и получить необходимые свойства в в зависимости от функционального назначения устройства. В результате выполнения проекта будут исследованы режимы лазерного восстановления, необходимые для реализации полного набора необходимых компонентов (биоэлектрод, антенна, транзистор, чувствительный элемент) для изготовления биосовместимых/биоразлагаемых электронных схем; изучена биодеградация полученных материалов и их токсичность на клеточных культурах. В случае получения результатов, имеющих коммерческий потенциал, результаты проекта откроют возможности для улучшения качества мониторинга состояния человека для своевременной диагностики и оказания необходимой медицинской помощи.

Ожидаемые результаты
Именно доступные материалы определяют возможности человечества, поэтому историки выделяют бронзовый век, железный век, кремниевую эру и др. Общепризнано, что следующей революцией в электронике станет появление гибкой, растяжимой и биосовместимой электроники. В отличие от своих предыдущих поколений, она позволит создать качественно новый интерфейс с человеческим телом для непрерывного мониторирования параметров пациента, а также стимуляции деятельности его организма. Такие технологии, в свою очередь, приведут к прорыву в персонализированной медицине, открывая возможности профилактики заболеваний, их ранней диагностики, создавая новые парадигмы в здравоохранении. Однако, реализация таких устройств требует появления подходящих материалов и технологий для создания биосовместимых интегральных схем.

Еще более интересные перспективы открывают биодеградируемые материалы, которые позволяют изготавливать временные “умные” имплантаты для решения важных медицинских задач и такие исследования находятся на переднем фронтире науки. Кроме того, биодеградируемые материалы уменьшат количество электронного мусора — а значит позволят решить одну из основных проблем современной экологии. Данная заявка нацелена на исследование материалов и технологий, которые потенциально могут привести к появлению универсальной и дешевой технологии изготовления биодеградируемых интегральных схем. В ходе проекта будет исследована возможность реализации полного набора ключевых электронных компонентов на основе биодеградируемых/биосовместимых материалов (антенны, транзистор, биоэлектрод, чувствительный элемент) с использованием технологии лазерной интеграции. Будут изучены способы и механизмы формирования таких электронных компонентов и их свойства. Также будет исследована принципиальная возможность перенесения технологии на промышленные мощности микроэлектронных производств Томской области в сотрудничестве с НОЦ “Нанотехнологии” ТУСУРа.

Опубликовано на https://rscf.ru/project/22-12-20027/

Рекомендуем для Вас


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.rf.mail@yandex.ru

Back to Top