อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ฝังที่ยืดหยุ่นเป็นอีกก้าวที่เข้าใกล้การใช้งานทางคลินิกมากขึ้น ด้วยเทคโนโลยีล้ำสมัยที่พัฒนาขึ้นโดยทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยกริฟฟิธและ UNSW ซิดนีย์
งานนี้เป็นผู้บุกเบิกโดย Dr Tuan-Khoa Nguyen, Professor Nam-Trung Nguyen และ Dr Hoang-Phuong Phan (ปัจจุบันเป็นอาจารย์อาวุโสที่มหาวิทยาลัยนิวเซาธ์เวลส์) จาก Queensland Micro and Nanotechnology Center (QMNC) ของ Griffith University โดยใช้ภายในองค์กร เทคโนโลยีซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นแพลตฟอร์มใหม่สำหรับการเชื่อมต่อทางชีวภาพแบบอิเล็กทรอนิกส์ในระยะยาว
โครงการนี้เป็นเจ้าภาพโดย QMNC ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโหนดควีนส์แลนด์ของ Australian National Nanofabrication Facility (ANFF-Q)
ANFF-Q เป็นบริษัทที่จัดตั้งขึ้นภายใต้ยุทธศาสตร์โครงสร้างพื้นฐานการวิจัยร่วมกันระดับชาติเพื่อจัดหาสิ่งอำนวยความสะดวกด้านนาโนและไมโครแฟบริเคชันสำหรับนักวิจัยของออสเตรเลีย
QMNC มีความสามารถเฉพาะตัวสำหรับการพัฒนาและกำหนดลักษณะเฉพาะของวัสดุช่องว่างแถบกว้าง ซึ่งเป็นกลุ่มของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์อยู่ระหว่างวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้า เช่น แก้ว และวัสดุกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอนที่ใช้สำหรับชิปคอมพิวเตอร์
คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้อุปกรณ์ที่ทำจากวัสดุเหล่านี้ทำงานในสภาวะที่รุนแรง เช่น ไฟฟ้าแรงสูง อุณหภูมิสูง และสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน
QMNC และ ANFF-Q ให้โครงการนี้ด้วยวัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์ ความสามารถในการผลิตที่ปรับขนาดได้ และสิ่งอำนวยความสะดวกในการจำแนกลักษณะขั้นสูงสำหรับอุปกรณ์ไมโคร/นาโนบิโออิเล็กทรอนิกส์ที่ทนทาน
ดร.ตวน-คัว เหงียน กล่าวว่า “อุปกรณ์ฝังเทียมและยืดหยุ่นมีศักยภาพมหาศาลในการรักษาโรคเรื้อรัง เช่น โรคพาร์กินสัน และการบาดเจ็บที่ไขสันหลัง
“อุปกรณ์เหล่านี้ช่วยให้สามารถวินิจฉัยความผิดปกติในอวัยวะภายในได้โดยตรงและให้การรักษาและการรักษาที่เหมาะสม
“ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถให้การกระตุ้นด้วยไฟฟ้าไปยังเส้นประสาทเป้าหมาย เพื่อควบคุมแรงกระตุ้นที่ผิดปกติและฟื้นฟูการทำงานของร่างกาย”
เนื่องจากความต้องการสัมผัสโดยตรงกับของเหลวชีวภาพ การรักษาการทำงานในระยะยาวเมื่อฝังรากเทียมจึงเป็นความท้าทายที่น่ากลัว
ทีมวิจัยได้พัฒนาระบบวัสดุที่ทนทานและใช้งานได้จริง ซึ่งสามารถทะลุผ่านคอขวดนี้ได้
ศาสตราจารย์ Nam-Trung Nguyen กล่าวว่า “ระบบประกอบด้วยนาโนเมมเบรนของซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นพื้นผิวสัมผัสและซิลิคอนไดออกไซด์เป็นตัวห่อหุ้มป้องกัน ซึ่งแสดงถึงความเสถียรที่ไม่มีใครเทียบได้และคงความสามารถในการทำงานของระบบไบโอฟลูอิด”
“นับเป็นครั้งแรกที่ทีมของเราประสบความสำเร็จในการพัฒนาระบบอิเล็คทรอนิคส์แบบฝังที่ทนทานด้วยระยะเวลาที่คาดไว้สองสามทศวรรษ”
นักวิจัยได้สาธิตวิธีต่างๆ ของอิมพีแดนซ์และเซ็นเซอร์อุณหภูมิ และเครื่องกระตุ้นประสาทร่วมกับการกระตุ้นเส้นประสาทส่วนปลายอย่างมีประสิทธิภาพในแบบจำลองสัตว์
ดร.ฟาน ผู้เขียนที่เกี่ยวข้องกล่าวว่าอุปกรณ์ที่ฝัง เช่น เครื่องกระตุ้นหัวใจและเครื่องกระตุ้นสมองส่วนลึกมีความสามารถอันทรงพลังสำหรับการรักษาโรคเรื้อรังต่างๆ ได้ทันท่วงที
“รากฟันเทียมแบบดั้งเดิมนั้นเทอะทะและมีความแข็งทางกลแตกต่างจากเนื้อเยื่อของมนุษย์ซึ่งก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อผู้ป่วย การพัฒนาอุปกรณ์อิเล็คทรอนิคส์ที่มีความอ่อนตัวทางกลไกแต่แข็งแกร่งทางเคมีเป็นวิธีแก้ปัญหาที่สำคัญสำหรับปัญหาที่มีมายาวนานนี้” ดร.ฟาน กล่าว
แนวความคิดของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความยืดหยุ่นของซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นหนทางที่มีแนวโน้มสำหรับการบำบัดด้วยประสาทวิทยาศาสตร์และการกระตุ้นประสาท ซึ่งสามารถให้การรักษาแบบช่วยชีวิตสำหรับโรคทางระบบประสาทเรื้อรังและกระตุ้นการฟื้นตัวของผู้ป่วย
“ในการทำให้แพลตฟอร์มนี้เป็นจริง เราโชคดีที่มีทีมวิจัยสหสาขาวิชาชีพที่แข็งแกร่งจาก Griffith University, UNSW, University of Queensland, Japan Science and Technology Agency (JST) – ERATO โดยแต่ละคนนำความเชี่ยวชาญด้านวัสดุศาสตร์ เครื่องกล/ วิศวกรรมไฟฟ้าและวิศวกรรมชีวการแพทย์” ดร. ฟานกล่าว
งานวิจัยนี้เพิ่งได้รับการตีพิมพ์ใน Proceedings of the National Academy of Sciences
