Los implantes neuronales contienen circuitos integrados (CI), comúnmente llamados chips, construidos con 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 de la Sección de Bioelectrónica, dirigido por el Dr. Vasileki (Vasu) Giagka, creó barreras de fluidos en el cuerpo estudiando los mecanismos de degradación de los circuitos integrados de silicio y combinándolos con elastómeros PDMS blandos y afrontó el desafío planteado por los antiguos. Protección a largo plazo de chips implantables. Estos hallazgos no sólo amplían la longevidad de los circuitos integrados implantables sino que también amplían significativamente sus aplicaciones en el campo biomédico. Se ha publicado un artículo sobre este proyecto en la revista. Comunicaciones de la naturaleza.
Importantes investigaciones sobre los trastornos mentales
Los implantes neuronales son vitales para estudiar el cerebro y tratar a 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 crónico, estos implantes neurales deben ser duraderos.
“Los pequeños implantes neuronales tienen un gran potencial para transformar la asistencia sanitaria, pero su estabilidad a largo plazo en el cuerpo es una gran preocupación”, explica el investigador Vasu Giagka de la Universidad Técnica de Delft. “Nuestra investigación no sólo identifica desafíos importantes sino que también proporciona pautas prácticas para aumentar la confiabilidad de estos dispositivos, acercándonos a soluciones médicas seguras y duraderas”.
Los investigadores evaluaron el rendimiento eléctrico y material de los chips (de dos fabricantes diferentes, también conocidos como fundiciones) a lo largo de un año. in vitro Y vivo Su estudio utilizó estructuras de circuitos integrados de silicio desnudo y las integró con elastómeros PDMS blandos para formar barreras de fluidos corporales que brindan 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 creó dos regiones en los chips, una región de “tinte desnudo” y una región “recubierta de PDMS”. Durante la aceleración in vitro Los chips de estudio se sumergieron en solución salina caliente y se polarizaron eléctricamente (expuestos a corriente eléctrica directa). Los chips fueron monitoreados periódicamente y los resultados mostraron un rendimiento eléctrico estable. Esto demuestra que los chips siguen funcionando incluso cuando se exponen directamente a fluidos corporales.
El análisis del material de los chips reveló que hubo degradación de los chips en las áreas desnudas, pero solo una degradación limitada en las áreas recubiertas con PDMS.
Esto sugiere que PDMS es un encapsulante muy adecuado para años de implantación. Estos conocimientos informarán y permitirán el diseño de implantes bioelectrónicos funcionales a escala de chip de vanguardia para interfaces cerebro-computadora y la investigación neurocientífica en curso. Y basándose en nuevos conocimientos, se proponen directrices que podrían ampliar la longevidad de los chips implantables, ampliando sus aplicaciones en el campo biomédico.
Los científicos están sorprendidos
“Todos estábamos sorprendidos”, dijo el estudiante de doctorado Kambeez Nanbakhsh, primer autor del trabajo. “No esperaba que los microchips fueran tan estables cuando se sumergían en agua salada caliente y se polarizaban eléctricamente”.
Vasu también está entusiasmado con los resultados del estudio. “Nuestros resultados 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, podemos mejorar el rendimiento de los implantes neuronales en miniatura. Estamos abriendo nuevas puertas y avanzar en el desarrollo de dispositivos bioelectrónicos de próxima generación en aplicaciones médicas”.
Vasu enfatiza el papel protector del PDMS. “Este trabajo demuestra el papel fundamental de la encapsulación de silicio en la protección de los circuitos integrados implantables de la degradación. Al extender la vida útil de los implantes neuronales, nuestro estudio abre el camino a tecnologías más duraderas y eficientes para las interfaces cerebro-computadora y los tratamientos médicos”. Combes estuvo totalmente de acuerdo con Vasu: “Ha sido una investigación larga, pero esperamos que los resultados sean útiles para muchas personas”.
