激光切割机可能会掀起生物电子的新浪潮

时间:2020-09-03 15:03来源:网络整理作者:yeyan 点击:
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摘要:在简单的茶几上放着便宜的商用激光切割机,通常用于修饰木材或塑料。但是,在芝加哥大学科学家Vishnu Nair和Bozhi Tian的实验室中,发现的不是雕刻木材,而是一种可以挽救生命的小型生物电子设备。

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激光切割机可能会掀起生物电子的新浪潮


  一种碳化硅器件,以称为“安吉鲁斯 ”的绘画图案印刷。该照片显示了相对于人类实现的小型化规模。

  杨传旺摄

  芝加哥大学的科学家为起搏器和其他应用发明了首创的方法

  在简单的茶几上放着便宜的商用激光切割机,通常用于修饰木材或塑料。但是,在芝加哥大学科学家Vishnu Nair和Bozhi Tian的实验室中,发现的不是雕刻木材,而是一种可以挽救生命的小型生物电子设备。

  这一切都始于一种叫做聚二甲基硅氧烷或PDMS的化合物,它是一种弹性体,一种非常有弹性,可拉伸的材料。但是,激光可以将PDMS转换为致密的碳化硅层,这对电子设备很有用。

Vishnu Nair

  Vishnu Nair

  此特性可用于雕刻生物电子产品,其方式比传统制造更便宜,更容易,同时易于按比例放大以进行大量制造,这是制造任何通用产品所必需的。

  芝加哥大学的研究生,8月21日发表在《科学进展》杂志上的一篇新论文的主要作者Nair说:“这是生物电子学的一种新范式。” “该技术可能会扩大规模,以创建高质量的人类起搏器或其他医疗应用。”

  研究人员说,可以包裹有机组织的软PDMS和可以支持电子设备的硬质碳化硅的结合是关键。

  为了附着到柔软和可变形的细胞上,柔软的成分尤其重要。生物电子设备与细胞之间的机械失配可能意味着功能丧失。同时,碳化硅特别适合该应用,因为它在体内条件下不会降解。

  过去,这些软组分和硬组分必须分别合成,然后再成型在一起。但是,在这种方法中,软PDMS的各个部分通过精确的激光雕刻直接变成碳化硅,以实现无缝集成。

  化学系副教授,生物与半导体系统接口专家田先生说:“这是生物电子领域的首创。” “我们使用可商购材料划算的方法探索了新的化学方法。”

  为了测试新材料,将复合材料放在大鼠心脏上并施加电信号。心率立即与设备同步。

田伯志

  副会长 田伯志教授

  其他用途包括科学测量,甚至刺激动脉平滑肌细胞。通过光触发化学物质(例如过氧化氢)的产生,生物电子设备可以向附近的细胞发出信号-产生针对性的反应。这意味着可能控制肌肉细胞的收缩和松弛周期。这些设备在外科手术中“遥控”动脉以及治疗脊髓损伤患者的肌肉中具有潜在的用途。此外,本文为其他研究人员使用这种方法构建2D和3D电子设备寻找新的应用打开了大门。

  Nair说:“这种方法快速,廉价,并且可以生产高质量的产品。” “通过这种方法,可以采用廉价的激光切割机来制造下一波负担得起且可能挽救生命的生物医学设备。”

  与该研究相关的其他芝加哥研究人员包括本科生Charles T. Gallagher。研究生江源文(现为斯坦福大学),孟玲媛和亚历山大·普罗明斯基;博士后研究员高翔(现任国家可再生能源实验室),梅纳海姆·罗滕伯格(Menahem Rotenberg)(现任以色列理工学院Technion)和Jaeseok Yi(现任三星三星);和吉平悦,研究专家,化学系。

  使用的设施包括位于西北的NUCAPT和Keck-II中心,位于芝加哥的伊利诺伊大学的EMC,以及位于芝加哥的地球物理科学系的MRSEC和FIB-SEM设施。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:yeyan )
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