Las nanomembranas electrónicas flexibles son prometedoras para tecnologías revolucionarias de órganos en chip y electrónica estirable, lo que podría reducir la necesidad de realizar pruebas con animales en la investigación médica.
Los ingenieros de UNSW Sydney han descubierto una forma de crear sistemas electrónicos flexibles y componentes electrónicos en materiales ultrafinos similares a una piel.
El desarrollo permite toda estructuras 3D estirables para operar como la electrónica basada en semiconductores. Podría ayudar a reducir significativamente la necesidad de pruebas con animales al hacer que la llamada tecnología de órgano en chip sea más efectiva.
Electrónica flexible estirable: imagen óptica de un semiconductor de banda prohibida ancha de carburo de silicio (SiC) ultrafino en forma de flor estampado en una película de poliimida (PI) y colocado en una gota de agua. Crédito de la imagen: Thanh-An Truong, UNSW
Más adelante, la tecnología también podría usarse en sistemas portátiles de monitoreo de la salud o aplicaciones biomédicas implantables, como un sistema para alertar a las personas con epilepsia de un ataque inminente.
El equipo de investigación, dirigido por Dr. Hoang-Phuong Phan de UNSW Escuela de Ingeniería Mecánica y de Manufacturatener publicaron sus hallazgos en el Materiales Funcionales Avanzados diario.
Su nuevo proceso implica el uso de litografía, una técnica que usa luz para imprimir patrones diminutos, para fabricar semiconductores de banda prohibida ancha, como carburo de silicio y nitruro de galio, en nanomembranas muy delgadas y flexibles sobre un sustrato de polímero.
Tecnología de órgano en chip
Esas membranas semiconductoras brindan funcionalidades de detección, registro y estimulación incluso mientras se estiran y retuercen en cualquier forma 3D concebible.
Podrían convertirse en un componente importante de la tecnología de órganos en chip y otros dispositivos electrónicos médicos, que es un enfoque de vanguardia que implica la creación de versiones en miniatura de órganos humanos en chips diminutos.
Estos chips replican las funciones y estructuras de los órganos, lo que permite a los científicos estudiar su comportamiento y probar los efectos de medicamentos o enfermedades de una manera más precisa y eficiente.
Y debido a que la tecnología de órgano en chip permite a los investigadores imitar la complejidad de los órganos humanos en condiciones de laboratorio, tiene el potencial de eliminar la necesidad de utilizar animales para una amplia gama de pruebas y experimentos.
“Muchas personas están dispuestas a realizar pruebas médicas en versiones replicadas de células humanas en lugar de animales vivos por razones legales, éticas y morales”, dice el Dr. Phan.
“Puedes hacer crecer órganos de células en 3D que imiten los órganos de un cuerpo real, pero también necesitamos desarrollar electrodos en 3D para ayudar a facilitar ese proceso de órgano en chip.
«Nuestro proceso permite crear un sistema electrónico en una membrana que se puede estirar en cualquier forma 3D alrededor del órgano en chip».
Una imagen de microscopio electrónico de barrido de una estructura de telaraña hecha del nuevo material de banda prohibida ancha, con una hormiga real a escala. Crédito de la imagen: Thanh-An Truong, UNSW
El trabajo es el punto culminante de la colaboración interdisciplinaria e interinstitucional entre la UNSW, la Universidad Griffith, la UQ, la QUT y sus socios internacionales, como la Universidad Kyung Hee, la Universidad del Sur de California y la Universidad Northwestern.
Material de banda ancha ancha para facilitar la observación
Profesor de Ciencias de la UNSW Dr. Thanh nho do, investigador principal del proyecto, agregó: “Utilizamos material de banda prohibida ancha que, a diferencia de los materiales semiconductores tradicionales, no absorbe la luz visible. Eso significa que cuando los científicos quieren observar el órgano en un chip a través de un microscopio, pueden hacerlo, lo que no sería posible de otra manera.
«El sistema electrónico en la membrana también permite recopilar una gran cantidad de datos mientras se monitorea cómo reacciona el órgano artificial a diferentes cosas mientras se prueba».
Para esta aplicación, los investigadores creen que podría ser un producto comercial dentro de tres a cinco años, aunque pretenden seguir trabajando para mejorar aún más el dispositivo e integrar componentes adicionales como la comunicación inalámbrica.
En términos de utilizar la tecnología en sistemas portátiles de monitoreo de la salud, el Dr. Phan dice que existe un potencial interesante para que el nuevo proceso mejore significativamente la calidad del monitoreo, el diagnóstico y la terapia.
Una de esas funciones podría ser una funda portátil para ayudar a detectar y señalar alertas sobre los niveles de radiación ultravioleta a los que una persona estaba expuesta a lo largo del día, lo que en última instancia podría ayudar a reducir los casos de cáncer de piel.
“El material de banda prohibida ancha es importante en esa aplicación porque los semiconductores de silicio tradicionales tienen una banda prohibida estrecha y no absorben la luz ultravioleta”, dice el Dr. Phan.
Señales neuronales – visualización artística. Créditos de imagen: Ramin Hasani/Difusión estable
Señales de neuronas
El equipo de UNSW también propone que su nuevo material pueda desarrollarse aún más para crear dispositivos biomédicos implantables donde el sistema eléctrico pueda monitorear e influir en las señales de las neuronas en tiempo real.
Aunque es probable que un dispositivo de este tipo no esté disponible durante al menos 10 años, los investigadores ya están planeando más pruebas con el objetivo de ayudar potencialmente a las personas que tienen epilepsia, un trastorno neurológico en el que los estallidos repentinos e incontrolados de actividad eléctrica en el cerebro pueden causar convulsiones. .
“Para las personas con epilepsia, cuando una convulsión está a punto de ocurrir, el cerebro envía señales inusuales que son el desencadenante”, dice el Dr. Phan.
«Si podemos crear un dispositivo electrónico implantable que pueda detectar esos patrones anormales, también puede usarse potencialmente para aplicar estimulación eléctrica para evitar la convulsión».
Uno de los desafíos clave que debe superarse con respecto a los dispositivos implantables es cómo alimentar dicho sistema electrónico.
Por lo tanto, los investigadores de la UNSW también están tratando de desarrollar un sistema de acoplamiento de resonancia magnética que podría integrarse con las membranas electrónicas 3D de banda prohibida ancha para transferir energía a través del cuerpo a través de una antena externa de forma inalámbrica.
Fuente: UNSW
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