Для чего нужны микросхемы, растворимые в воде?

Для большинства из нас идеальное электронное устройство должно быть прочным и долговечным. Однако междисциплинарная команда исследователей разработала новый вид микросхем, меняющих наши представления об электронике.

Их изобретение — ультратонкая, прозрачная микросхема на кремниевой основе, работающая определенный период времени, от нескольких минут до нескольких лет, а затем полностью растворяющаяся в воде. Это изобретение откроет новые горизонты в медицине: появится возможность имплантировать крошечные электронные схемы в организм человека без необходимости последующего извлечения. Группа исследователей Тафтского Университета, Северо-Западного Университета и Университета штата Иллинойс называют свое изобретение началом нового этапа в науке: вступления в область «переходной электроники».

«Эта электроника исчезает после выполнения своей задачи», — говорит Йонганг Хуан, руководитель команды, занимавшейся проектированием и моделированием новой микросхемы. Обычные электронные схемы делают из кремния, он растворяется в воде в течение долгого времени. Исчезновение типичной схемы займет сотни лет. В основе переходной электроники также лежат пластинки кремния, однако толщина их всего несколько нанометров, поэтому они всего за несколько минут растворяются в воде или жидкости организма.

Схемы с использованием растворимых проводников (например, магния или его оксида) на ультратонких кремниевых пластинках позволяют создавать транзисторы, солнечные батареи, генераторы, антенны и даже простые 64-пиксельные цифровые камеры, которые полностью растворяются в воде.

Исследовательская группа предлагает множество вариантов использования своего изобретения. В настоящее время хирурги избегают внедрения медицинских приборов контроля (например, для проверки на инфекции после операции) в организм пациента из-за сложности их извлечения. Но имплантанты, изготовленные с использованием переходной электроники, могут в течение определенного времени выполнять диагностические функции, а затем благополучно растворяться в организме. Это позволит следить за состоянием пациента после операции. Другие переходные устройства могут контролировать температуру или мышечную активность.

Естественно, изначально изобретение тестировалось на животных. Крысам вживили имплантант, следящий за наличием инфекции после операции и полностью уничтожающий все микробы с помощью нагревания. Через три недели после внедрения в организме животных не оставалось никаких следов инородного предмета.

Чтобы микросхема не растворилась в организме сразу после вживления, ее поверхность покрывают тонким слоем натурального шелка. Пока организм занимается расщеплением оболочки, кремниевая начинка в полной безопасности. Таким образом, чем толще шелковый слой, тем дольше прослужит микросхема.

Многие скептически относятся к новому изобретению, опасаясь вредоносного воздействия на организм. Но разработчики уверяют: не стоит бояться влияния вживленной схемы на здоровье, ведь кремний — вещество, не чуждое человеческому организму, он входит в состав крови и в малых количествах не принесет вреда. Более того, кремний просто необходим для регенерации клеток, восстановления мышечной активности, а его недостаток — одна из причин старения. Так что микросхемы не вредны, а, наоборот, полезны.

Новые ультратонкие микросхемы — настоящий прорыв в науке. Будем надеяться, что когда-нибудь в их преимуществах смогут убедится не только ученые, но и обычные люди.