Systèmes microélectromécaniques transitoires pouvant s'autodissoudre avec le temps

Produire et tester des MEMS écorésorbables et biorésorbables. a, eb-MEMS suspendu avec quatre attaches qui relient les coins de l'appareil à la plaquette source pendant le processus de production. b, L'intégration du dispositif eb-MEMS avec un substrat polymère biorésorbable flexible et des circuits intégrés. En médaillon :une illustration de l'intégration de tels dispositifs sur la surface incurvée du myocarde (c'est-à-dire la couche musculaire du cœur). c, La dissolution d'un accéléromètre, en tant que représentant d'eb-MEMS, à différentes étapes. Crédit :Yang et al.

En règle générale, l'objectif principal des ingénieurs en électronique est de développer des composants et des dispositifs durables et pouvant fonctionner pendant de longues périodes sans être endommagés. De tels appareils nécessitent des matériaux résistants, qui contribuent finalement à l'accumulation de déchets électroniques sur notre planète.

Des chercheurs de l'Université Northwestern et de l'Université de l'Illinois ont mené des recherches axées sur un type de système électromécanique (MEMS) entièrement différent :ceux basés sur les "matériaux transitoires". Les matériaux transitoires sont des matériaux qui peuvent se dissoudre, se résorber, se désintégrer ou disparaître physiquement d'une autre manière à des moments programmés et spécifiques.

Leur article le plus récent, publié dans Nature Electronics , introduit de nouveaux MEMS basés sur des matériaux entièrement solubles dans l'eau qui pourraient se dissoudre dans leur environnement environnant après des périodes de temps définies. À l'avenir, ces matériaux pourraient contribuer à réduire la quantité de déchets électroniques, permettant le développement de certains appareils électroniques qui disparaissent spontanément lorsqu'ils ne sont plus nécessaires.

"Ce travail s'appuie sur nos efforts pour créer les matériaux et les bases techniques des appareils électroniques" transitoires "", a déclaré John A. Rogers, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, à Tech Xplore. "Un sous-ensemble de cette classe de dispositifs transitoires sont ceux capables de résorption dans les biofluides ou les eaux souterraines par des processus d'hydrolyse, en produits finaux bénins."

Au cours des dernières années, Rogers et son groupe de recherche ont conçu plusieurs matériaux qui peuvent se dissoudre dans leur environnement. Dans leurs travaux antérieurs, ils ont également démontré l'énorme potentiel de ces matériaux pour créer des implants médicaux temporaires dotés de capacités électroniques numériques.

Ils ont par exemple suggéré l'utilisation de ces matériaux pour fabriquer des capteurs résorbables qui pourraient être implantés dans le cerveau de patients suite à un traumatisme crânien ou après une chirurgie cérébrale, pour détecter la pression intracrânienne. De même, ils ont mis en évidence l'utilisation potentielle de matériaux biorésorbables pour créer des dispositifs qui stimulent le corps de l'intérieur, tels que les stimulateurs cardiaques (dispositifs implantés qui aident les patients à récupérer après une chirurgie cardiaque en contrôlant leur rythme cardiaque).

"Beaucoup de ces systèmes pourraient bénéficier des technologies MEMS éco/biorésorbables pour une fonction avancée, une capacité qui est absente de nos travaux antérieurs dans ce domaine", a expliqué Rogers. "Nos nouveaux dispositifs MEMS se caractérisent uniquement par leur capacité à se dissoudre dans un environnement aqueux, soit dans le corps, soit dans l'environnement."

Les MEMS créés par cette équipe de chercheurs sont constitués de différents matériaux qui disparaissent progressivement, réagissent lentement avec l'eau, et produisent finalement des résidus inoffensifs et respectueux de l'environnement. Ces matériaux comprennent du polysilicium dopé, du nitrure de silicium et un polymère à base de polyanhydride biorésorbable.

"Nous avons été les premiers à présenter des exemples de dispositifs MEMS transitoires", a déclaré Rogers. "Nous envisageons des applications allant des implants temporaires, pour répondre aux besoins actuels non satisfaits en matière de soins aux patients, aux moniteurs environnementaux qui disparaissent en toute sécurité après une période d'utilisation pour éviter le besoin de récupération. Les applications militaires pourraient inclure des systèmes sensibles déployés à distance, où une récupération indésirable par un adversaire est préoccupant."

Lors des premiers tests et évaluations, Rogers et son équipe ont testé la capacité de leurs matériaux à se dissoudre à l'intérieur de petits animaux tout en adhérant aux tissus corporels et ont obtenu des résultats très prometteurs. Leurs travaux pourraient ainsi éventuellement ouvrir la voie à la fabrication d'implants médicaux solubles, de capteurs environnementaux et d'autres types d'appareils qui gagneraient à disparaître de manière écologique après avoir accompli des tâches spécifiques.

« Dans nos recherches actuelles, nous explorons la possibilité d'intégrer ces MEMS éco/biorésorbables dans diverses de nos plateformes électroniques résorbables pour créer de nouvelles classes de technologies d'implants temporaires », a ajouté Rogers. + Explorer plus loin