Новые растяжимые 3D-электронные системы для технологии "орган-на-чипе"
Гибкие электронные наномембраны открывают перспективы для революционной технологии "орган-на-чипе", что может сократить потребность в испытаниях на животных.
Инженеры из UNSW Sydney разработали способ создания гибких электронных систем на ультратонких, похожих на кожу материалах. Эта разработка позволяет целым растяжимым 3D-структурам работать как полупроводник и может сделать технологию "орган-на-чипе" более эффективной.
Технология "орган-на-чипе"
Новый процесс использует литографию для изготовления полупроводников с широкой запрещённой зоной, таких как карбид кремния и нитрид галлия, на очень тонких и гибких наномембранах на полимерной подложке. Эти полупроводниковые мембраны обеспечивают функции зондирования, записи и стимуляции даже при растяжении и скручивании в любую 3D-форму.
Они могут стать ключевым компонентом технологии "орган-на-чипе" — подхода, предполагающего создание миниатюрных версий человеческих органов на чипах для изучения их поведения и тестирования эффектов лекарств.
"Многие стремятся перейти к медицинским испытаниям на воспроизведённых версиях человеческих клеток, а не на живых животных по юридическим, этическим и моральным причинам", — говорит доктор Хоанг-Фыонг Фан.
Широкая запрещённая зона для наблюдения
"Мы используем материал с широкой запрещённой зоной, который, в отличие от традиционных полупроводниковых материалов, не поглощает видимый свет. Это означает, что учёные могут наблюдать за органом-на-чипе через микроскоп", — добавляет доктор Тхань Нхо До.
Электронная система на мембране также позволяет собирать много данных, отслеживая реакцию искусственного органа на различные воздействия. Для этого применения коммерческий продукт может появиться через 3–5 лет.
Потенциал для носимых и имплантируемых устройств
В сфере носимых систем мониторинга здоровья новая технология может значительно улучшить качество наблюдения, диагностики и терапии. Например, можно создать носимый рукав для обнаружения и сигнализации об уровне УФ-излучения.
"Материал с широкой запрещённой зоной важен в этом применении, потому что традинные кремниевые полупроводники имеют узкую запрещённую зону и не поглощают УФ-свет", — отмечает доктор Фан.
Кроме того, команда UNSW предлагает развивать этот материал для создания имплантируемых биомедицинских устройств, которые могли бы отслеживать и влиять на сигналы нейронов в реальном времени. Такие устройства потенциально могли бы помочь людям с эпилепсией, обнаруживая аномальные паттерны мозговой активности и применяя электрическую стимуляцию для предотвращения приступа.
Ключевой задачей для имплантируемых устройств остаётся обеспечение их энергией. Исследователи UNSW также работают над системой магнитного резонансного связывания, интегрируемой с 3D-электронными мембранами, для беспроводной передачи энергии через тело с помощью внешней антенны.