Figura 1. La copertina di Materiali e interfacce applicati ACS . Credito: Materiali e interfacce applicati ACS
Un team di ricerca KAIST ha sviluppato un nuovo metodo di fabbricazione per la lavorazione multistrato della microelettronica a base di seta. Questa tecnologia per la creazione di un film di fibroina di seta biodegradabile consente la microfabbricazione con strutture polimeriche o metalliche prodotte dalla fotolitografia. Può essere una tecnologia chiave nell'implementazione di dispositivi elettronici biodegradabili a base di fibroina di seta o nella somministrazione localizzata di farmaci attraverso modelli di fibroina di seta.
Le fibroine della seta sono biocompatibili, biodegradabile, trasparente, e flessibile, che li rende ottimi candidati per dispositivi biomedici impiantabili, e sono stati anche usati come film biodegradabili e microstrutture funzionali in applicazioni biomediche. Però, i processi di microfabbricazione convenzionali richiedono forti soluzioni di attacco e solventi per modificare la struttura delle fibroine di seta.
Per evitare che la fibroina della seta venga danneggiata durante il processo, Il professor Hyunjoo J. Lee della School of Electrical Engineering e il suo team hanno escogitato un nuovo processo, maschera dura di alluminio denominata su fibroina di seta (AMoS), che è in grado di micromodellare più strati composti sia da fibroina che da materiali inorganici, come metallo e dielettrici con allineamento su microscala ad alta precisione. Il processo AMoS può creare modelli di fibroina di seta sui dispositivi, o realizzare modelli su film sottili di fibroina di seta con altri materiali utilizzando la fotolitografia, che è una tecnologia fondamentale nell'attuale processo di microfabbricazione.
Il team ha coltivato con successo neuroni primari sui micro-pattern di fibroina di seta lavorati, e ha confermato che la fibroina di seta ha un'eccellente biocompatibilità prima e dopo il processo di fabbricazione e che può essere applicata anche a dispositivi biologici impiantati.
Figura 2. Microstrutture di fibroina e modelli metallici su una fibroina prodotta utilizzando la maschera AMoS. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Attraverso questa tecnologia, il team ha realizzato la micromodellazione multistrato di film di fibroina su un substrato di fibroina di seta e ha fabbricato un circuito microelettrico biodegradabile costituito da resistori e condensatori dielettrici di fibroina di seta in un wafer di silicio con ampie aree.
Hanno anche usato questa tecnologia per posizionare il micro-modello del film sottile di fibroina di seta più vicino all'elettrodo cerebrale flessibile a base di polimeri, e ha confermato che le molecole di colorante montate sulla fibroina di seta sono state trasferite con successo dai micropattern.
Il professor Lee ha detto, "Questa tecnologia facilita la scalabilità dei wafer, lavorazione di grandi superfici di materiali sensibili. Prevediamo che in futuro verrà applicato a un'ampia gamma di dispositivi biomedici. L'uso della fibroina di seta con elettrodi cerebrali micro-modellati può aprire molte nuove possibilità nella ricerca sui circuiti cerebrali montando farmaci che limitano o promuovono le attività delle cellule cerebrali".
Figura 3. Valutazione della biocompatibilità del processo AMoS. In alto:Immagine schematica di a) silicio rivestito di fibroina b) silicio rivestito di fibroina ec) fibroina decorato con oro. In basso:immagini rappresentative di microscopia confocale di neuroni corticali primari vivi (verde) e morti (rosso) coltivati sui substrati. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Questa ricerca, in collaborazione con il Dr. Nakwon Choi del KIST e guidato dal Ph.D. candidato Geon Kook, è stato pubblicato in Materiali e interfacce applicati ACS .
