Los implantes neuronales contienen circuitos integrados (CI), comúnmente llamados chips, construidos en silicio. Estos implantes deben ser pequeños y flexibles para imitar las condiciones internas del cuerpo humano. Sin embargo, el ambiente dentro del cuerpo es corrosivo, lo que genera preocupación sobre la durabilidad de los circuitos integrados de silicio implantables. Un equipo de investigadores del Departamento de Bioelectrónica, dirigido por el Dr. Vasiliki (Vaso) Giagka, abordó este desafío estudiando el proceso de degradación de los circuitos integrados de silicio en el cuerpo y recubriéndolos con elastómeros PDMS blandos para crear barreras a los fluidos corporales a largo plazo. Protección contra chips implantables. Estos hallazgos no sólo aumentan la longevidad de los circuitos integrados implantables sino que también amplían significativamente sus aplicaciones en el campo biomédico. El artículo del proyecto ha sido publicado en la revista. Comunicarse con la naturaleza.
Importantes investigaciones sobre enfermedades cerebrales
Los implantes neuronales son cruciales para estudiar el cerebro y desarrollar tratamientos para pacientes con enfermedades como el Parkinson o la depresión clínica. Los implantes neuronales estimulan, bloquean o registran eléctricamente señales de neuronas o redes neuronales en el cerebro. Para estudio y tratamiento, y especialmente para uso a largo plazo, estos implantes neurales deben ser duraderos.
“Los implantes neuronales miniaturizados tienen un enorme potencial para transformar la asistencia sanitaria, pero la estabilidad a largo plazo del cuerpo es una gran preocupación”, explica Vaso Giagka, investigador de la Universidad Técnica de Delft. “Nuestra investigación no sólo identifica desafíos clave sino que también proporciona pautas prácticas para aumentar la confiabilidad de estos dispositivos, acercándonos a soluciones clínicas seguras y duraderas”.
Los investigadores evaluaron el rendimiento eléctrico y material de los chips (de dos fabricantes diferentes, también conocidos como fundiciones) durante un período de un año. in vitro Y vivo En el estudio, utilizaron estructuras de circuitos integrados de silicio desnudo y las combinaron con elastómeros PDMS blandos para crear una barrera contra los fluidos corporales que brindaba protección a largo plazo a los chips implantables. Los chips utilizados en el estudio estaban parcialmente recubiertos de PDMS (polidimetilsiloxano), un polímero que contiene silicio. Esto crea dos regiones en los chips, una región de “matriz desnuda” y una región “recubierta de PDMS”. tiempo acelerado in vitro Los chips de estudio se sumergieron en agua salada caliente y se polarizaron eléctricamente (expuestos a corriente eléctrica directa). Los chips fueron monitoreados periódicamente y los resultados mostraron un rendimiento eléctrico estable. Esto demostró que los chips eran funcionales, incluso cuando se exponían directamente a fluidos corporales.
El análisis de los componentes de los chips mostró que había degradación de los chips en la región desnuda, pero sólo una degradación limitada en la región recubierta con PDMS.
Esto demuestra que PDMS es un encapsulante muy adecuado para muchos años de implantación. Estos conocimientos informarán y permitirán el diseño de interfaces cerebro-computadora mínimamente invasivas e implantes bioelectrónicos activos a escala de chip de vanguardia para la investigación neurocientífica a largo plazo. Y a partir de nuevos conocimientos, se proponen directrices que podrían aumentar la longevidad de los chips implantables, ampliando sus aplicaciones en el campo biomédico.
Científicos sorprendidos
“Todos estábamos sorprendidos”, compartió el estudiante de doctorado Kambiz Nanbakhsh, primer autor del trabajo. “No esperaba que los microchips fueran tan estables cuando se sumergían en agua salada caliente y se polarizaban eléctricamente”.
Vaso también está muy entusiasmado con los resultados del estudio. “Nuestros hallazgos demuestran que los chips de silicio, cuando se diseñan cuidadosamente, pueden funcionar de manera confiable en el cuerpo durante meses. Al abordar los desafíos de confiabilidad a largo plazo, estamos abriendo nuevas puertas para implantes neuronales miniaturizados y avanzando en el desarrollo de bioelectrónica de próxima generación. . En dispositivos de aplicaciones clínicas.”
Vaso enfatiza el papel protector del PDMS. “Este trabajo revela el papel fundamental de la encapsulación de silicio en la protección de los circuitos integrados implantables contra la degradación. Al extender la vida útil de los implantes neuronales, nuestro estudio abre el camino a tecnologías más duraderas y efectivas para interfaces cerebro-computadora y terapias médicas”. Kambiz está totalmente de acuerdo con Vaso: “Ha sido una investigación larga, pero esperamos que los resultados sean útiles para muchos”.