Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

БИОЛОГИЧЕСКИ АДАПТИВНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ИМПЛАНТЫ

Рыжков С.С. 1
1 Пензенский государственный технологический университет
1. www.hospimedica.ru/health_it/articles.html
2. rusevik.ru/interesnoe/organizma.html
3. www.opentown.org/news/45291/

Введение

В современной медицинской диагностике одним из передовых направлений является разработка имплантируемых датчиков, совместимых с живым организмом, которые будут практически не ощутимы пациентом. Некоторые исследователи в качестве решения предлагают устройства, способные разлагаться в теле. Однако в этом случае датчики будут иметь весьма ограниченные сроки службы, что не всегда соответствует исходным задачам.

Биологически адаптивные электронные импланты

Специалисты из Техасского университета в Далласе и Токийского университета создали биологически адаптивное, гибкое устройство, которое становится мягким при имплантации внутрь человеческого тела, что позволяет использовать его для диагностики и лечения различных мелких тканей, включая нервы и кровеносные сосуды. Таким образом, хирург может без труда имплантировать устройство, которое буквально оборачивает объёмные объекты внутри тела, не мешая их естественному функционированию.

Ранее врачи уже пытались устанавливать электронику в живом организме, но одной из проблем была её жёсткость, что совершенно не совместимо с биологической тканью.

Добиться необходимой гибкости и мягкости удалось благодаря так называемым «запоминающим полимерам» (memory polymers). Кроме этого для построения микросхем использовалась разработанная ранее гибкая фольга.

missing image file

Рис. 1. Полимеры с памятью формы

Испытания нового элемента, проведенные на грызунах, показали, что его можно вживлять практически в любое место живой ткани. В дальнейшем ученые планируют на базе нового транзистора создать ряд датчиков и целых систем мониторинга, которые можно было бы вживлять в тело человека, не причиняя ему никакого дискомфорта в дальнейшем.

Ещё одним важным достижением стал сам метод создания транзистора на органической основе, который представляет собой адаптированный вариант технологии производства кремниевой электроники. Последнее сказывается на стоимости готового устройства в сторону уменьшения. Исследование является одним из первых демонстраций транзисторов, которые могут изменять форму и поддерживать свои электронные свойства после того как они имплантируются в тело.

Рис. 2. Прозрачный органический полупроводник на стеклянной подложке

Эти разработки в будущем поможет врачам узнать больше о том, что происходит внутри тела, и стимулировать тело для лечения.

Ученые и врачи уже давно устанавливают электронику в организм на некоторое время, но одна из проблем заключается в том, что жесткость общих электронных компонентов не совместима с биологическими тканями человека. Необходимо устройство, которое будет жестким при комнатной температуре, что бы хирург мог имплантировать устройство, но мягким и достаточно гибким, чтобы обернуться вокруг 3-мерных объектов, чтобы организм продолжат вести себя именно так, как это было бы без устройства. Поставив электронику с изменяющейся формой из смягчающихся полимеров можно решить эту задачу.

Движущей силой этой технологии являются полимеры с памятью формы. Полимеры подстраиваются под среду организма, и становятся менее жесткими после имплантирования в организм.

На этапе тестирования исследователи использовали высокую температуру, чтобы развернуть устройство вокруг цилиндра, имеющего 2,25 миллиметра в диаметре, а затем имплантировали устройство в тело крысы. После имплантации они обнаружили, что устройство приняло форму живой ткани, в которую было встроено, сохранив при этом исключительные электронные свойства.

Ученые использовали новую технику в медицинской области, по существу, лечащие полимеры с транзисторами, которые могут подстраиваться под нужную форму. С созданием такой конструкции прибора медики стали ближе к размеру и формам биологических структур, но предстоит еще длинный путь, чтобы создать приборы, которые будут полностью соответствовать сложной природе живого организма.

missing image file

Рис. 3. Пример установки опытных образцов имплантов

Учёные надеются, что в будущем гибкие транзисторы, способные адаптироваться в человеческом теле, помогут медикам более детально изучать, что происходит в организме, а также стимулировать его для лучшей восприимчивости к лечению.

missing image file

Рис. 4. Биоразлагаемая интегральная микросхема при растворении в воде

По прогнозам ученых, электронные импланты встанут на поток уже через 10–20 лет и будут доступны каждому. При этом их задача будет заключаться не только в выполнении восстановительных функций, но и расширении возможностей человека. Уже сегодня разработаны первые опытные образцы имплантов, с помощью которых можно оказывать воздействие на группы клеток, подавлять симптомы мозговых дисфункций и создавать действующие системы обратной связи.

Заключение

Когда вышерассмотренные технологии станут более совершенными, человечество сможет реализовать самые различные фантастические идеи — вплоть до создания виртуальной вселенной. Обратной стороной задачи использования имплантов является разработка устройств, которые способны исчезнуть через определённое время, не нанеся при этом никакого вреда ни живому организму, ни окружающей среде. Такой подход значительно расширит область применения электроники в целом. Единственной сложностью на настоящий момент остаётся отсутствие биоразлагаемых источников питания. Но исследователи обещают в скором времени решить и эту проблему.


Библиографическая ссылка

Рыжков С.С. БИОЛОГИЧЕСКИ АДАПТИВНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ИМПЛАНТЫ // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 3-2. ;
URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=12477 (дата обращения: 06.12.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074