Biodegradable Monocrystalline Silicon Photovoltaic Microcells as Power Supplies for Transient Biomedical Implants

单晶硅 材料科学 光伏系统 光电子学 瞬态(计算机编程) 生物医学工程 二极管 电气工程 计算机科学 工程类 操作系统
作者
Luyao Lu,Zijian Yang,Kathleen Meacham,Caroline Cvetkovic,Elise A. Corbin,Abraham Vázquez‐Guardado,Mantian Xue,Lan Yin,Javaneh Boroumand,Grace Pakeltis,Tian Sang,Ki Jun Yu,Debashis Chanda,Rashid Bashir,Robert W. Gereau,Xing Sheng,John A. Rogers
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (16) 被引量:118
标识
DOI:10.1002/aenm.201703035
摘要

Abstract Bioresorbable electronic materials serve as foundations for implantable devices that provide active diagnostic or therapeutic function over a timeframe matched to a biological process, and then disappear within the body to avoid secondary surgical extraction. Approaches to power supply in these physically transient systems are critically important. This paper describes a fully biodegradable, monocrystalline silicon photovoltaic (PV) platform based on microscale cells (microcells) designed to operate at wavelengths with long penetration depths in biological tissues (red and near infrared wavelengths), such that external illumination can provide realistic levels of power. Systematic characterization and theoretical simulations of operation under porcine skin and fat establish a foundational understanding of these systems and their scalability. In vivo studies of a representative platform capable of generating ≈60 µW of electrical power under 4 mm of porcine skin and fat illustrate an ability to operate blue light‐emitting diodes (LEDs) as subdermal implants in rats for 3 d. Here, the PV system fully resorbs after 4 months. Histological analysis reveals that the degradation process introduces no inflammatory responses in the surrounding tissues. The results suggest the potential for using silicon photovoltaic microcells as bioresorbable power supplies for various transient biomedical implants.
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