Esta mesoestructura de silicio 3-D mide aproximadamente 200 nanómetros (el tamaño de una pequeña bacteria) en su dimensión estrecha. Está diseñado para integrarse con sistemas biológicos. La mesoescala es intermedia entre las escalas nanométrica y macroscópica. Crédito:Grupo Bozhi Tian
Los investigadores han desarrollado un nuevo enfoque para integrar mejor los dispositivos médicos con los sistemas biológicos. Los investigadores, dirigido por Bozhi Tian, profesor asistente de química en la Universidad de Chicago, han desarrollado las primeras espículas de silicio con forma de esqueleto que se hayan preparado mediante procesos químicos.
"Utilizando la formación ósea como guía, el grupo Tian ha desarrollado un material sintético a partir de silicio que muestra potencial para mejorar la interacción entre los tejidos blandos y los materiales duros, "dijo Joe Akkara, un director de programa en la división de investigación de materiales de la National Science Foundation, que financia esta investigación. "Este es el poder de la investigación científica básica. El grupo Tian ha creado un material que, de manera preliminar, parece mejorar la función de los tejidos blandos".
en un Ciencias artículo publicado el 26 de junio, Tian y sus coautores de UChicago y la Universidad Northwestern describieron su nuevo método para la síntesis y fabricación de semiconductores tridimensionales mesocópicos (intermedio entre las escalas nanométrica y macroscópica).
"Esto abre una nueva oportunidad para la construcción de dispositivos electrónicos para mejorar la detección y la estimulación en las biointerfaces, "dijo el autor principal Zhiqiang Luo, un becario postdoctoral en el laboratorio de Tian.
El equipo logró tres avances en el desarrollo de semiconductores y materiales biológicos. Un avance fue la demostración, por medios estrictamente químicos, de la litografía tridimensional. Las técnicas litográficas existentes crean características sobre superficies planas. El sistema de laboratorio imita el proceso natural de reacción-difusión que conduce a formas que rompen la simetría en la naturaleza:la forma ranurada y con muescas de un aguijón de abeja, por ejemplo.
El equipo de Tian desarrolló una síntesis de modulación de presión, para promover el crecimiento de nanocables de silicio e inducir patrones a base de oro en el silicio. El oro actúa como catalizador de crecimiento del silicio. Al aumentar y disminuir repetidamente la presión sobre sus muestras, los investigadores pudieron controlar la precipitación y la difusión del oro a lo largo de las superficies facetadas del silicio.
Zhiqiang Luo (derecha), Investigador postdoctoral en química de la Universidad de Chicago, y Yuanwen Jiang, Estudiante de posgrado de UChicago, discuten un sistema de imágenes para visualizar las interfaces entre el silicio mesoestructurado y las células individuales. Son coautores principales de un artículo en Ciencias describiendo su trabajo, que explora nuevos efectos en el diseño de bioelectrónicos e implantes basados en semiconductores de alto rendimiento. Crédito:Cortesía de Bozhi Tian
"La idea de utilizar ciclos de deposición-difusión se puede aplicar a la síntesis de semiconductores 3D más complejos, "dijo el coautor principal Yuanwen Jiang, becario Seymour Goodman en química en UChicago.
Grabado de silicona 3D
La industria de los semiconductores utiliza el grabado químico húmedo con una resistencia al grabado para crear patrones planos en las obleas de silicio. Porciones de la oblea enmascaradas con una película delgada bloquean físicamente el grabado para que no se lleve a cabo, excepto en las áreas superficiales abiertas.
En otro avance, Tian y sus asociados desarrollaron un método químico novedoso que, en cambio, depende de la asombrosa capacidad de los átomos de oro para atrapar electrones portadores de silicio para prevenir selectivamente el grabado.
Para su sorpresa, los investigadores encontraron que incluso una capa escasa de átomos de oro sobre la matriz de silicio evitaría que ocurriera grabado en su proximidad. Este método también se aplica a la litografía 3D de muchos otros compuestos semiconductores.
"Este es un mecanismo fundamentalmente nuevo para la máscara de grabado o la resistencia al grabado, "Dijo Tian." Todo el proceso es químico ".
Más pruebas revelaron el tercer avance del proyecto. Las pruebas mostraron que las espículas de silicio sintético mostraban interacciones más fuertes con las fibras de colágeno, un sustituto del tejido biológico similar a la piel, que las estructuras de silicio disponibles actualmente. Tian y sus asociados insertaron las espículas sintéticas y las otras estructuras de silicio en las fibras de colágeno, luego los sacó. Un microscopio de fuerza atómica midió la fuerza requerida para realizar cada acción.
"Uno de los principales obstáculos en el área de la bioelectrónica o los implantes es que la interfaz entre el dispositivo electrónico y el tejido u órgano no es sólida, "Dijo Tian.
Las espículas prometen superar este obstáculo. Penetraron fácilmente en el colágeno, luego se arraigó profundamente, muy parecido a un aguijón de abeja en la piel humana.
