Produzione e test di MEMS ecoassorbibili e bioriassorbibili. a, eb-MEMS sospeso con quattro lacci che collegano gli angoli del dispositivo al wafer sorgente durante il processo di produzione. b, L'integrazione del dispositivo eb-MEMS con un substrato polimerico bioriassorbibile flessibile e circuiti integrati. Riquadro:un'illustrazione dell'integrazione di tali dispositivi sulla superficie curva del miocardio (cioè lo strato muscolare del cuore). c, La dissoluzione di un accelerometro, come rappresentante di eb-MEMS, in vari stadi. Credito:Yang et al.
In genere, l'obiettivo principale degli ingegneri elettronici è sviluppare componenti e dispositivi durevoli e in grado di funzionare per lunghi periodi di tempo senza subire danni. Tali dispositivi richiedono materiali resistenti, che alla fine contribuiscono all'accumulo di rifiuti elettronici sul nostro pianeta.
I ricercatori della Northwestern University e dell'Università dell'Illinois hanno condotto ricerche incentrate su un tipo completamente diverso di sistema elettromeccanico (MEMS):quelli basati sui cosiddetti "materiali transitori". I materiali transitori sono materiali che possono dissolversi, riassorbirsi, disintegrarsi o scomparire fisicamente in altri modi in tempi programmati e specifici.
Il loro articolo più recente, pubblicato su Nature Electronics , introduce nuovi MEMS basati su materiali completamente solubili in acqua che potrebbero dissolversi nell'ambiente circostante dopo determinati periodi di tempo. In futuro, questi materiali potrebbero contribuire a ridurre la quantità di rifiuti elettronici, consentendo lo sviluppo di alcuni dispositivi elettronici che scompaiono spontaneamente quando non sono più necessari.
"Questo lavoro si basa sui nostri sforzi nella creazione dei materiali e delle basi ingegneristiche per dispositivi elettronici 'transitori'", ha detto a Tech Xplore John A. Rogers, uno dei ricercatori che hanno condotto lo studio. "Un sottoinsieme di questa classe di dispositivi transitori sono quelli in grado di riassorbimento nei biofluidi o nelle acque sotterranee attraverso processi di idrolisi, fino a prodotti finali benigni."
Negli ultimi anni, Rogers e il suo gruppo di ricerca hanno progettato diversi materiali che possono dissolversi nell'ambiente circostante. Nel loro lavoro passato, hanno anche dimostrato l'enorme potenziale di questi materiali per la creazione di impianti medici temporanei con capacità elettroniche digitali.
Ad esempio, hanno suggerito l'uso di questi materiali per fabbricare sensori riassorbibili che potrebbero essere impiantati nel cervello di pazienti a seguito di una lesione cerebrale traumatica o dopo un intervento chirurgico al cervello, per rilevare la pressione intercranica. Allo stesso modo, hanno evidenziato il potenziale utilizzo di materiali bioriassorbibili per la creazione di dispositivi che stimolano il corpo dall'interno, come i pacemaker cardiaci (dispositivi impiantati che aiutano i pazienti a riprendersi dopo un intervento chirurgico al cuore controllando il ritmo cardiaco).
"Molti di questi sistemi potrebbero trarre vantaggio dalle tecnologie MEMS eco/bioriassorbibili per funzioni avanzate, una capacità che è assente dal nostro lavoro passato in quest'area", ha spiegato Rogers. "I nostri nuovi dispositivi MEMS sono caratterizzati in modo univoco dalla loro capacità di dissolversi in ambienti acquosi, nel corpo o nell'ambiente."
I MEMS creati da questo team di ricercatori sono costituiti da diversi materiali che scompaiono gradualmente, reagendo lentamente con l'acqua e infine producendo residui innocui ed ecologici. Questi materiali includono polisilicio drogato, nitruro di silicio e un polimero bioriassorbibile a base di polianidride.
"Siamo stati i primi a presentare esempi di dispositivi MEMS transitori", ha affermato Rogers. "Prevediamo applicazioni che vanno da impianti temporanei, per soddisfare le attuali esigenze insoddisfatte nella cura dei pazienti, a monitoraggi ambientali che scompaiono in modo sicuro dopo un periodo di utilizzo per evitare la necessità di recupero. Le applicazioni militari potrebbero includere sistemi sensibili schierati a distanza, dove il ripristino indesiderato da un avversario è una preoccupazione."
Nei test e nelle valutazioni iniziali, Rogers e il suo team hanno testato la capacità dei loro materiali di dissolversi all'interno di piccoli animali mentre aderiscono ai tessuti del corpo e hanno ottenuto risultati molto promettenti. Il loro lavoro potrebbe quindi aprire la strada alla fabbricazione di impianti medici solubili, sensori ambientali e altri tipi di dispositivi che trarrebbero vantaggio dalla scomparsa in modo ecologico dopo aver completato compiti specifici.
"Nella nostra attuale ricerca, stiamo esplorando la possibilità di integrare questi MEMS eco/bioriassorbibili in varie delle nostre piattaforme elettroniche riassorbibili per creare nuove classi di tecnologie di impianto temporaneo", ha aggiunto Rogers. + Esplora ulteriormente
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