• Yulia Mi

Биосовместимость кремния может быть улучшена

Исследователи из Института Технологий в Онтарио используют мощный лазер для создания наноструктур на поверхности кремния с целью улучшения его свойств и возможности использования в биомедицине.



Исследования группы ученых во главе с доктором наук Амиркианушем Киани были направлены на повышение биосовместимости чистого кремния с различными биомедицинскими технологиями. Результаты научных экспериментов будут использованы для производства биосенсоров, биоМЭМС, искусственных органов с целью повышения качества жизни людей, нуждающихся в биомедицинских приборах.


Кремний – это второй по распространённости в земной коре химический элемент, после кислорода. Он широко используется в самых различных применениях: в строительстве, в керамике, в синтетических полимерах. И, благодаря своим полупроводниковым свойствам, кремний также является крайне необходимым элементом для производства большинства изделий электроники от макро- до нано- масштаба.


Нано- масштаб это сколько? Большинство людей даже не могут представить себе, насколько малы наночастицы. Нанометр – это одна биллионная часть метра. К примеру, один лист бумаги имеет толщину примерно 100000 нанометров. В этом крошечном наномасштабе исследователю Амиркианушу Киани из Института Технологий в Онтарио удалось совершить открытие, которое несомненно окажет большое влияние на кремниевую микроэлектронику и биосенсорные приборы.


«Научная фантастика мотивировала нас задать себе вопрос, можем ли мы имплантировать искусственные органы в тело человека и контролировать их с помощью мозга», - говорит доктор Киани, - «благодаря биомедицинской инжинерии и инжинерии биоматериалов, взаимодействие между электронными приборами и человеческим телом исследуется и улучшается с каждым днем. Наноматериалы играют важную роль в биомедицинских приборах, транслируя биологические отклики в электрические сигналы. Кремний наиболее вероятный к использованию в этих применениях материал, благодаря его полупроводниковым свойствам и доступности».


Экспериментальные исследования ученых во главе с доктором Киани были направлены на повышение биосовместимости кремния с помощью лазерного воздействия. В ходе экспериментов использовался наносекундный импульсный Nd:YAG лазер, скорость сканирования которого варьировалась в диапазоне 100 – 1000 мм/сек, мощность излучения 7, 10 и 15 Вт и частоты 25, 70 и 100 кГц использовались в различных опытах. Кроме того, варьировалось расстояние между линиями прохода лазерного луча (0,025, 0,05 и 0,10 мм), а также количество повторений воздействия лазера на один образец (1, 2 и 3). Было показано, что три параметра - скорость сканирования, расстояние между линиями прохода и количество повторений – оказывают непосредственный эффект на топографию поверхности кремния. Так, минимальное расстояние между линиями прохода лазера (0,025 мм) и максимальное количество повторений воздействия лазера (3 раза) на кремниевую подложку приводит к формированию на поверхности кремния нановолокон оксида кремния.


Наноструктуры оксида кремния

Полученные образцы с нановолокнами оксида кремния для исследования биосовместимости были погружены в искусственно смоделированную биологическую жидкость (раствор, который имитирует ионную концентрацию плазмы крови человека) на 6 недель при постоянной температуре 36,5 °C. После чего рентгеновское исследование образцов показало наличие следов фосфора и кальция, что служит признаком присутствия костеподобных гидроксиапатитов. Именно наноструктуры оксида кремния оказались благоприятными зонами для формирования ядер апатитов. Наличие гидроксиапатитов на поверхности кремния подтверждает, что биосовместимость кремния была повышена, поскольку этот гидроксиапатит является основной минеральной составляющей костей. В настоящее время синтетический гидроксиапатит используется как наполнитель, замещающий части утерянной кости, а также в качестве покрытия имплантатов, которое способствует нарастанию новой кости.

Команда доктора Киани разработала эффективный и экономичный метод получения наноструктур на поверхности кремния, используя мощное лазерное излучение, в целях повышения его биосовместимости. Исследования ученых позволят усовершенствовать современные биомедицинские приборы, повысив качество их взаимодействия с человеческим телом.


#наноструктуры #лазернаяобработка #биомедицина #биосовместимость

Подписаться на новости SCDAILY