目前,德克薩斯大學達拉斯分校和東京大學的研究人員,研制出一種電子裝置,當其植入體內后會變軟,并能抓住3D物體,如大型組織、神經和血管。這些生物自適應、有彈性的晶體管有一天可能會幫助醫生了解更多體內發生的事情,并促進身體的治療。
相關研究結果最近發表在國際材料領域頂尖刊物《Advanced Materials》。本文第一作者、材料科學和工程學研究生Jonathan Reeder表示,該研究首次展示了一種晶體管,在它們被植入體內后,能夠改變形狀并保持它們的電子特性。
他說:“很長一段時間以來,科學家和醫生們都在嘗試將電子裝置植入體內,但是有一個問題是,常用電子裝置的硬度與生物組織不相容。你需要這個設備在室溫下是堅硬的,這樣外科醫生才可以將其植入體內,但是它們也要足夠柔軟和靈活,才能環繞在3D物體的周圍,使身體可以表現得像完全沒有這個裝置一樣。通過將電子裝置放在造型多變和軟化的聚合物上,我們可以做到這一點。”
由本文共同作者、材料工程與機械工程學助理教授Walter Voit博士開發的形狀記憶高分子材料(Shape memory polymers),是該項技術的關鍵。這種聚合物能響應人體的環境,當其被植入體內后,變得不那么堅硬。除了聚合物之外,電子裝置是用包含彈性電子箔的薄層構建而成,包括Reeder在內的研究小組在去年《Nature》發表的論文中首次描述了這種裝置。
Erik Jonsson 工程和計算機科學學院先進聚合物研究實驗室的Voit和Reeder研究小組,利用一種有機半導體組裝這種裝置,但是他們使用的是通常用于制備硅電子裝置的技術,這可以降低裝置的成本。
Voit也是德克薩斯生物醫學設備中心成員,他說:“我們使用我們領域中的一種新技術,來壓固和硬化晶體管頂部的形狀記憶高分子材料。在我們的設備設計過程中,我們越來越接近于精確生物學結構的尺寸和硬度,但是要與大自然的驚人復雜性、功能和組織相匹配,還需要很長的路要走。”
這種堅硬的設備受熱時會變軟。在身體外面,該設備已經準備好獲取它將在體內的位置。
在測試過程中,研究人員利用高溫將裝置部署到一個2.25毫米小的圓柱狀物周圍,并將其植入大鼠體內。他們發現,植入后,該裝置已經隨***組織變形,同時還保持其優良的電子特性。
Reeder稱:“今天,有彈性的電子裝置都是堆積在塑料上,總是保持相同的形狀和硬度。我們的研究從不同的角度顯示,我們可以設計一種裝置,以一種更生物兼容的方式來改變形狀。”
Reeder稱,該研究下一步將縮小該裝置,以便可以環繞在更小的物體周圍,并添加更多的感官組件。
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