سیستم های میکروالکترومکانیکی گذرا که می توانند پس از زمان مفید کارکرد دگرگون و ناپدید شوند

8 آگوست 2022توسط Ingrid Fadelli

تولید و آزمایش MEMS قابل جذب زیستی الف، eb-MEMS معلق با چهار تتر که گوشه های دستگاه را در طول فرآیند تولید به ویفر منبع متصل می کند. ب، ادغام دستگاه eb-MEMS با بستر پلیمری قابل جذب زیستی قابل انعطاف و مدارهای مجتمع. Inset. تصویری از ادغام چنین وسایلی بر روی سطح منحنی میوکارد (یعنی لایه ماهیچه ای قلب). ج، انحلال یک شتاب سنج، به عنوان نماینده eb-MEMS، در مراحل مختلف. اعتبار: یانگ و همکاران

به طور معمول، هدف اصلی مهندسان الکترونیک، توسعه قطعات و دستگاه هایی است که بادوام بوده و بتوانند برای مدت طولانی بدون آسیب کار کنند. چنین دستگاه هایی به مواد مقاوم نیاز دارند که در نهایت به تجمع زباله های الکترونیکی در سیاره ما کمک می کند.

محققان دانشگاه نورث وسترن و دانشگاه ایلینوی تحقیقاتی را با تمرکز بر نوع کاملاً متفاوتی از سیستم‌های الکترومکانیکی (MEMS) انجام داده‌اند: سیستم‌هایی که مبتنی بر به اصطلاح “مواد گذرا” هستند. مواد گذرا موادی هستند که می توانند در زمان های برنامه ریزی شده و مشخص به روش های دیگر حل شوند، جذب شوند، متلاشی شوند یا به صورت فیزیکی ناپدید شوند.

آخرین مقاله آنها که در Nature Electronics منتشر شده است، MEMS جدیدی را بر اساس مواد کاملاً محلول در آب معرفی می کند که می توانند پس از مدت زمان معینی در محیط اطراف خود حل شوند. در آینده، این مواد می‌توانند به کاهش میزان زباله‌های الکترونیکی کمک کنند و امکان توسعه برخی از دستگاه‌های الکترونیکی را فراهم کنند که زمانی که دیگر مورد نیاز نیستند، خود به خود ناپدید می‌شوند.

جان آ راجرز، یکی از محققانی که این مطالعه را انجام داد، به Tech Xplore گفت: «این کار بر اساس تلاش‌های ما در ایجاد مواد و پایه‌های مهندسی برای دستگاه‌های الکترونیکی «گذرا» است. زیرمجموعه‌ای از این دسته از دستگاه‌های گذرا، آن‌هایی هستند که قادر به جذب در سیالات زیستی یا آب‌های زیرزمینی از طریق فرآیندهای هیدرولیز به محصولات نهایی خوش‌خیم هستند.

در چند سال گذشته، راجرز و گروه تحقیقاتی اش مواد مختلفی را طراحی کردند که می توانند در محیط اطراف خود حل شوند. آنها همچنین در کار گذشته خود پتانسیل عظیم این مواد را برای ایجاد ایمپلنت های پزشکی موقت با قابلیت های الکترونیک دیجیتال نشان دادند.

به عنوان مثال، آنها استفاده از این مواد را برای ساخت حسگرهای قابل جذب پیشنهاد کردند که می تواند در مغز بیماران پس از آسیب مغزی تروماتیک یا پس از جراحی مغز برای تشخیص فشار بین جمجمه ای کاشته شود. به طور مشابه، آنها استفاده بالقوه از مواد قابل جذب زیستی را برای ایجاد دستگاه‌هایی که بدن را از درون تحریک می‌کنند، مانند ضربان‌سازهای قلبی (دستگاه‌های کاشته‌شده‌ای که با کنترل ریتم قلب به بهبودی پس از جراحی قلب کمک می‌کنند) برجسته کردند.

راجرز توضیح داد: «بسیاری از این سیستم‌ها می‌توانند از فناوری‌های MEMS قابل جذب زیست محیطی برای عملکرد پیشرفته بهره ببرند، قابلیتی که در کار گذشته ما در این زمینه وجود ندارد». دستگاه‌های جدید MEMS ما به‌طور منحصربه‌فردی با قابلیت حل شدن در محیط‌های آبی – چه در بدن و چه در محیط، مشخص می‌شوند.

MEMS های ایجاد شده توسط این تیم از محققان از مواد مختلفی تشکیل شده است که به تدریج ناپدید می شوند، به آرامی با آب واکنش نشان می دهند و در نهایت باقیمانده های بی ضرر و دوستدار محیط زیست تولید می کنند. این مواد شامل پلی سیلیکون دوپ شده، نیترید سیلیکون و یک پلیمر مبتنی بر پلی انیدرید قابل جذب زیستی است.

راجرز گفت: «ما اولین کسانی بودیم که نمونه‌هایی از دستگاه‌های MEMS گذرا را ارائه کردیم. ما برنامه‌هایی را از ایمپلنت‌های موقت، برای رسیدگی به نیازهای برآورده نشده فعلی در مراقبت از بیمار، تا مانیتورهای محیطی که پس از یک دوره استفاده به طور ایمن ناپدید می‌شوند تا از نیاز به بهبودی اجتناب کنند، در نظر می‌گیریم. توسط یک دشمن یک نگرانی است.”

در آزمایش‌ها و ارزیابی‌های اولیه، راجرز و تیمش توانایی مواد خود را برای حل شدن در حیوانات کوچک در حالی که به بافت‌های بدن می‌چسبند، آزمایش کردند و به نتایج بسیار امیدوارکننده‌ای دست یافتند. بنابراین، کار آنها در نهایت می‌تواند راه را برای ساخت ایمپلنت‌های پزشکی قابل حل، حسگرهای محیطی، و انواع دیگر دستگاه‌هایی که پس از انجام کارهای خاص به روشی سازگار با محیط زیست ناپدید شوند، هموار کند.

راجرز افزود: “در تحقیقات فعلی خود، ما در حال بررسی امکان ادغام این MEMS های زیست محیطی/قابل جذب در پلت فرم های مختلف الکترونیکی قابل جذب خود برای ایجاد کلاس های جدیدی از فناوری های کاشت موقت هستیم.”