p A microeletrônica flexível e adaptável é considerada um driver de inovação para novas e mais eficazes aplicações biomédicas. Esses incluem, por exemplo, o tratamento de feixes nervosos danificados, dor crônica, ou o controle de membros artificiais. Para que isso funcione, o contato próximo entre os componentes eletrônicos e o tecido neural é essencial para um acoplamento elétrico e mecânico eficaz. Além disso, aplicações potenciais surgem da produção de ferramentas cirúrgicas minúsculas e flexíveis. p Uma equipe internacional liderada pelo Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, chefe do Instituto de Nanociências Integrativas do Instituto Leibniz para Pesquisa em Estado Sólido e Materiais (IFW) Dresden e titular do cargo de Professor de Materiais para Nanoeletrônica na Universidade de Tecnologia de Chemnitz e iniciador do Centro de Materiais, Arquiteturas e Integração de Nanomembranas (MAIN), assim como Boris Rivkin, um Ph.D. aluno do grupo do Prof. Schmidt, agora demonstrou pela primeira vez que essa microeletrônica adaptativa é capaz de se posicionar de maneira controlada, manipular o tecido biológico, e responder ao seu ambiente analisando os sinais do sensor. Os resultados, com Rivkin como primeiro autor, apareceram no jornal Sistemas Inteligentes Avançados . Propriedades diferentes para processos dinâmicos combinados pela primeira vez em microeletrônica adaptativa

p Até agora, não tem sido possível para as estruturas microeletrônicas sentir e se adaptar ao seu ambiente. Embora existam estruturas com um sensor de deformação que monitoram sua própria forma, microeletrônica com sensores magnéticos que se orientam no espaço, ou dispositivos cujo movimento pode ser controlado por estruturas poliméricas eletroativas, uma combinação dessas propriedades para aplicação em um organismo em mudança dinâmica na escala do micrômetro, ou seja, bem abaixo de um milímetro, não foi relatado até agora. Microeletrônica adaptativa e inteligente

p No centro dessas aplicações está um filme de polímero, apenas 0,5 mm de largura e 0,35 mm de comprimento, que atua como um portador para os componentes microeletrônicos. Por comparação, uma peça de 1 centavo tem um diâmetro de cerca de 16 mm. Em sua publicação, a equipe da Chemnitz University of Technology e do Leibniz IFW em Dresden agora apresenta microeletrônica adaptativa e inteligente que usa músculos artificiais microscópicos para remodelar e se adaptar a ambientes dinâmicos graças ao feedback de sensores apropriados.

p Os sinais do sensor são alimentados por meio de conexões elétricas a um microcontrolador, onde são avaliados e usados ​​para gerar sinais de controle para os músculos artificiais. Isso permite que essas ferramentas em miniatura se adaptem a formas anatômicas complexas e imprevisíveis. Por exemplo, os feixes de nervos sempre têm tamanhos diferentes. A microeletrônica adaptativa pode envolver suavemente esses feixes de nervos para estabelecer uma interface bioneural adequada.

p Essencial para isso é a integração de sensores de forma ou posição em combinação com microactuadores. A microeletrônica adaptativa é, portanto, fabricada em um processo denominado 'processo de escala de wafer monolítico'. 'Wafers' são substratos planos de silício ou vidro nos quais os circuitos são fabricados. A produção monolítica permite que muitos componentes sejam fabricados simultaneamente em paralelo em um substrato. Isso permite uma produção rápida e ao mesmo tempo mais econômica. Músculos artificiais geram movimento - o uso em ambiente orgânico é possível

p O movimento e a remodelação da microeletrônica adaptativa são alcançados por meio de músculos artificiais, os chamados 'atuadores'. Estes geram movimento ao ejetar ou absorver íons e podem, assim, remodelar o filme de polímero.

p Este processo é baseado na utilização do polímero polipirrol (PPy). A vantagem desse método é que a manipulação da forma pode ser realizada de forma direcionada e com polarização elétrica já muito baixa (menos de um volt). O fato de que os músculos artificiais também são seguros para uso em ambientes orgânicos já foi demonstrado por outros grupos no passado. Isso envolveu testar o desempenho das micromáquinas em vários ambientes relevantes para aplicações médicas, incluindo líquido cefalorraquidiano, sangue, plasma, e urina.

p Buscando robôs microeletrônicos ainda mais complexos no futuro

p A equipe de Dresden e Chemnitz espera que a microeletrônica adaptativa e inteligente seja desenvolvida em microssistemas robóticos complexos a médio prazo. Boris Rivkin diz:"O próximo passo crucial é a transição da arquitetura anteriormente plana para microrrobôs tridimensionais. Trabalhos anteriores demonstraram como filmes de polímero plano podem se remodelar em estruturas tridimensionais por meio de dobramento ou enrolamento auto-organizado. Vamos adicionar eletrônicos adaptativos a tais materiais para desenvolver sistemas, como microcateteres robóticos, pequenos braços robóticos, e implantes neurais maleáveis ​​que agem de forma semi-autônoma seguindo uma instrução digital. "

p Dr. Daniil Karnaushenko, líder do grupo na equipe do Prof. Oliver Schmidt, adiciona, "Esses microrrobôs complexos exigirão um grande número de atuadores e sensores individuais. Para acomodar e usar com eficácia componentes eletrônicos em tal densidade é um desafio, porque mais conexões elétricas são necessárias do que espaço disponível. Isso será resolvido por circuitos eletrônicos complexos que irão ser integrado à microeletrônica adaptativa no futuro para passar as instruções adequadas aos componentes certos. "

p Este trabalho também contribui para o campo emergente da cirurgia assistida por robô, o que poderia permitir procedimentos menos invasivos, porém mais precisos. Ferramentas cirúrgicas inteligentes que geram feedback confiável sobre sua forma e posição podem se tornar indispensáveis ​​no tratamento de tecidos delicados.