專利名稱：基于生物可吸收基質(zhì)的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的制作方法
基于生物可吸收基質(zhì)的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2010年3月17日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/314，739的優(yōu)先權(quán)，所述美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)藉此以引用方式全文納入本文。聯(lián)邦政府資助的研究或開發(fā)的聲明本發(fā)明根據(jù)美國(guó)能源部資助號(hào)No. DE-FG02-07ER46471和DE-FG02-91ER45439以及與美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室合約號(hào)NO.W911NF-07-1-0618，在美國(guó)政府支持下完成。美國(guó)政府孚有本發(fā)明的一定權(quán)利。
背景技術(shù)：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)裝置領(lǐng)域，主要涉及用于傳感與靶組織相關(guān)的參數(shù)和/或用 于驅(qū)動(dòng)靶組織的可植入裝置。本發(fā)明提供了用于制造、植入和使用所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的方法。可植入生物醫(yī)學(xué)裝置在一些重要的臨床應(yīng)用中具有潛力，所述臨床應(yīng)用例如治療和/或監(jiān)測(cè)神經(jīng)功能障礙(例如癲癇和帕金森氏癥)、心臟障礙(例如心律失常)、脈管障礙、肌肉和/或神經(jīng)障礙(例如用于控制假肢的腦-計(jì)算機(jī)接口)。但是，有效應(yīng)用可植入裝置部分地依賴于提供常規(guī)的集成電路和醫(yī)學(xué)裝置的堅(jiān)硬、平坦的表面與生物系統(tǒng)的柔軟、曲線的組織之間的相容性的設(shè)計(jì)策略?？朔@種物理的不匹配是重要的，因?yàn)樾螤畹牟煌ǔ?huì)導(dǎo)致在生物/非生物界面處低精度偶聯(lián)并限制與一些常規(guī)的可植入裝置接觸組織的長(zhǎng)期健康。通過將常規(guī)的以基于硅的電子部件替換為非晶硅、有機(jī)半導(dǎo)體或有機(jī)-無機(jī)雜合半導(dǎo)體，改善裝置-組織偶聯(lián)的嘗試在某些情況下?lián)p失了電子性能，所述非晶硅、有機(jī)半導(dǎo)體或有機(jī)-無機(jī)雜合半導(dǎo)體的電子特征例如場(chǎng)效應(yīng)遷移率、開/關(guān)比等顯著劣于相應(yīng)的基于單晶硅的裝置。雖然所述非晶硅和有機(jī)材料可能在電子方面顯著劣于單晶硅，但是它們具有對(duì)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用有益的某些特征例如柔性、在化學(xué)方面生物相容性、以及在某些情況下的生物可降解性。最近，許多專利和出版物公開了可植入、生物可降解的裝置。例如國(guó)際專利申請(qǐng)公開文本W(wǎng)O 2008/085904公開了生物可降解的電子裝置，其可以包括生物可降解的半導(dǎo)體材料和生物可降解的基質(zhì)。國(guó)際專利申請(qǐng)公開文本W(wǎng)O 2008/108838公開了用于遞送流體和/或生物材料至組織的生物可降解裝置。國(guó)際專利申請(qǐng)公開文本W(wǎng)02008/127402公開了含有植入的生物材料的生物可降解傳感器。國(guó)際專利申請(qǐng)公開文本W(wǎng)O 2008/103464公開了具有納米結(jié)構(gòu)化表面的醫(yī)學(xué)裝置，其任選地用生物可降解聚合物包被。類似地，國(guó)際專利申請(qǐng)公開文本W(wǎng)O 99/45860公開了具有生物相容性并且任選具有突起的可吸收基質(zhì)，所述突起依賴于它們的間距可以促進(jìn)或者阻礙細(xì)胞粘附。其他專利和出版物已經(jīng)公開了可植入電子裝置。例如，美國(guó)專利No. 5，403, 700公開了具有聚酰亞胺基質(zhì)支持模式的金屬導(dǎo)體的裝置。美國(guó)專利No. 7，190，051公開了用絕緣體上硅技術(shù)焊接的氣密封裝的可植入電子裝置。國(guó)際專利申請(qǐng)公開文本W(wǎng)O 2009/111641和TO2009/114689公開了可拉伸且柔性的電子裝置和傳感器陣列。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的可植入系統(tǒng)的裝置和方法，所述生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用包括在一些生物環(huán)境中對(duì)組織進(jìn)行體內(nèi)傳感和/或驅(qū)動(dòng)。例如，在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的可植入裝置與高性能的單晶無機(jī)電子材料和/或具有生物可吸收基質(zhì)的薄電極陣列結(jié)合，所述生物可吸收基質(zhì)與靶生物組織接觸后能夠至少部分被吸收。在一些實(shí)施方案中，加入納米結(jié)構(gòu)化的單晶無機(jī)電子材料和/或薄電極陣列提供了與一些生物環(huán)境的生物相容性，并且提供了對(duì)建立所述裝置和靶生物組織之間保形接觸(conformal contact)有用的機(jī)械性能(例如彎曲剛度、楊氏模量、曲率半徑等)與裝置屬性(例如柔性、拉伸性等)。在一些實(shí)施方案中，加入具有可控制的和/或可選擇的吸收速率的生物可吸收基質(zhì)提供了將所述可植入裝置與目標(biāo)生物組織有效布置和接合的生物相容器件。例如，在一些實(shí)施方案中，至少部分吸收所述可吸收基質(zhì)建立了提供所述裝置和靶生物組織之間物理接觸、電子接觸、熱接觸和/或光通信的界面。例如，在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的裝置納入高度生物相容的絲基質(zhì)，當(dāng)與多種類型的靶組織接觸時(shí)提供有用且可控的吸收速率。 本發(fā)明能夠提供多用途的組織傳感和驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，支持一組適合于多種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的可植入生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)、材料和方法，所述生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用包括傳感、電化學(xué)驅(qū)動(dòng)、藥物遞送和疾病治療。納米結(jié)構(gòu)化的單晶無機(jī)電子材料或薄電極陣列與生物可吸收基質(zhì)的結(jié)合提供了能夠抑制或完全避免植入中不希望的炎癥和/或免疫應(yīng)答的可植入系統(tǒng)。將納米結(jié)構(gòu)化的單晶硅或薄電極陣列與可吸收的絲基質(zhì)以及任選具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的屏障層結(jié)合的實(shí)施方案可以提供與多種組織類型相容的可植入系統(tǒng)，所述組織類型例如心臟組織、腦組織、肌肉組織、神經(jīng)組織、上皮組織或脈管組織。另外，將納米結(jié)構(gòu)化的單晶無機(jī)電子材料或薄電極陣列與生物可吸收基質(zhì)結(jié)合可以提供支持廣泛范圍的先進(jìn)裝置功能性的可植入系統(tǒng)，所述先進(jìn)裝置功能性包括光學(xué)的、電子的、電化學(xué)的以及化學(xué)的傳感和/或驅(qū)動(dòng)。本文提供了可植入生物醫(yī)學(xué)裝置和制造及使用可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的方法。例如，本發(fā)明的裝置可用于體內(nèi)傳感與靶組織和/或生物環(huán)境有關(guān)的參數(shù)，例如化學(xué)組成(例如pH，離子強(qiáng)度，生物標(biāo)志物、蛋白質(zhì)、碳水化合物等的存在或濃度)、電化學(xué)參數(shù)(例如電流或電壓)、溫度和/或光學(xué)參數(shù)(例如吸收、散射等)。例如，本發(fā)明的裝置可用于在生物環(huán)境中體內(nèi)驅(qū)動(dòng)靶組織，例如電化學(xué)驅(qū)動(dòng)、藥物遞送、光學(xué)驅(qū)動(dòng)等。還公開了制造可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的方法和在生物環(huán)境中將可植入生物醫(yī)學(xué)裝置給予至靶組織上的方法。當(dāng)將所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置給予至靶組織上時(shí)，所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的生物可吸收基質(zhì)至少部分被吸收進(jìn)入所述生物環(huán)境的周圍組織，以此發(fā)生構(gòu)象變化以建立所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置和所述靶組織之間的保形接觸和/或電接觸和/或光學(xué)接觸。該方面的可植入裝置含有生物可吸收基質(zhì)；并且含有由所述生物可吸收基質(zhì)直接或間接地支持的電極陣列的多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極的電子裝置，其中至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件具有至少一個(gè)小于或等于100微米的物理尺度以及具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的薄(例如厚度小于或等于100微米)屏障層，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包封(encapsulate)無機(jī)半導(dǎo)體組件的至少一部分或電極陣列的電極，任選完全包封所述無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極陣列的電極。任選地，所述可植入裝置還包括一個(gè)或多個(gè)另外的基質(zhì)層例如一個(gè)或多個(gè)另外的屏障層或生物相容層，其介于所述生物可吸收基質(zhì)和所述無機(jī)半導(dǎo)體組件之間以進(jìn)一步提供至少一些所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的包封和/或選擇性電子隔離和/或化學(xué)隔離。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，提供了用于在生物環(huán)境中驅(qū)動(dòng)靶組織或傳感與所述靶組織相關(guān)的參數(shù)的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置，所述裝置包括(I)生物可吸收基質(zhì)；(2)含有多個(gè)由所述生物可吸收基質(zhì)支持的無機(jī)半導(dǎo)體組件的電子裝置，其中至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件具有至少一個(gè)小于或等于100微米的物理尺度；以及(3)包封所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的至少一部分的屏障層，其中與所述生物環(huán)境接觸后所述生物可吸收基質(zhì)至少部分地被吸收，以此建立所述生物環(huán)境中所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置和所述靶組織之間的保形接觸。所述可植入裝置的一方面還包括位于所述可吸收基質(zhì)之上，例如介于所述生物可吸收基質(zhì)和所述電子裝置或其組件的至少一部分之間，的生物相容層。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述屏障層和/或生物相容層具有支持所述裝置的至少一部分無機(jī)半導(dǎo)體組件和/或與其物理接觸的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，所述電子裝置是由所述生物可吸收基質(zhì)支持并與其物理接觸的。在一些實(shí)施方案中，所述電子裝置被所述生物相容層和/或所述屏障層包封并與其物理接觸。在一個(gè)實(shí)施方案中，所有的所述無機(jī)半導(dǎo)體組件具有至少一個(gè)小于或等于100 微米的物理尺度。例如，在一些實(shí)施方案中，所述屏障層以及任選的所述生物相容層，起到包封所述電子裝置的一部分或全部的作用，以此阻止電流滲漏到所處的生物環(huán)境和/或所述裝置的短路。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述屏障層和/或生物相容層包封所述裝置的至少50%的無機(jī)半導(dǎo)體組件，任選所述裝置的至少90%的無機(jī)半導(dǎo)體組件，任選所述裝置的全部無機(jī)半導(dǎo)體組件。任選地，所述可植入裝置還包括一個(gè)或多個(gè)與至少一部分所述半導(dǎo)體組件電接觸的電極，例如含有生物相容的或生物可吸收的金屬的電極和/或至少部分且任選全部被所述屏障層、生物可吸收基質(zhì)和/或所述生物相容層包封的電極。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，提供了在生物環(huán)境中用于驅(qū)動(dòng)靶組織或傳感與所述靶組織相關(guān)的參數(shù)的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置，所述裝置包括含有多個(gè)可獨(dú)立尋址的金屬電極的電極陣列，其中每個(gè)金屬電極具有至少一個(gè)小于或等于100微米的物理尺度；具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的屏障層，其中所述屏障層至少部分地支持所述電極陣列；以及支持所述電極陣列、所述屏障層或者支持所述電極陣列和所述屏障層兩者的生物可吸收基質(zhì)；其中與所述生物環(huán)境接觸后所述生物可吸收基質(zhì)至少部分地被吸收，以此建立所述生物環(huán)境中所述電極陣列和所述靶組織之間的保形接觸。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述電極陣列的至少一部分的且任選全部的電極是相互物理分離的。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述屏障層與所述電極陣列的至少一部分物理接觸，并且任選與所述陣列的每個(gè)電極物理接觸。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述生物可吸收基質(zhì)與所述電極陣列的至少一部分物理接觸和/或與所述屏障層的至少一部分物理接觸。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述陣列的每個(gè)電極均與至少一個(gè)電子互連物電接觸，任選被配置用于接收和/或傳遞電子信號(hào)至/自所述陣列的可獨(dú)立尋址的電極。該方面的裝置一般用于體內(nèi)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，包括傳感、驅(qū)動(dòng)、成像，和/或遞送治療劑至局部生物環(huán)境。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的裝置用于在生物環(huán)境中對(duì)靶組織進(jìn)行電生理測(cè)量，或者用于在生物環(huán)境中電驅(qū)動(dòng)靶組織，其中所述生物環(huán)境可以是體內(nèi)生物環(huán)境，其中所述靶組織可以選自但不限于心臟組織、腦組織、肌肉組織、神經(jīng)組織、上皮組織和脈管組織。
所述生物可吸收基質(zhì)的吸收可用于在給定的生物環(huán)境中布置或者定位、操作和/或接合所述電子裝置(例如其表面、部分和/或組件)。例如，在一些實(shí)施方案中，通過包括吸收可吸收基質(zhì)的過程使所述電子裝置與靶組織保形接觸，例如其中所述吸收過程使所述電子裝置與所述靶組織接觸(例如物理接觸、電接觸、熱接觸等)，任選其中所述吸收過程可引起對(duì)于所述電子裝置的保形改變和/或形態(tài)改變，所述改變幫助所述裝置與所述靶組織接合。在一些實(shí)施方案中，借助包括完全吸收所述生物可吸收基質(zhì)的過程，所述裝置在生物環(huán)境被布置，或者被定位、被操控和/或與生物環(huán)境接合，從而例如提供與靶組織的物理接觸、電接觸或光通信接觸的電子裝置。因此，在該方面的一些實(shí)施方案中，所述可吸收層在布置過程中用作犧牲層，以促進(jìn)所述電子裝置與所述靶組織接合?；蛘撸谄渌麑?shí)施方案中，通過包括部分但不完全吸收所述生物可吸收基質(zhì)的過程，所述裝置在生物環(huán)境被布置，或者被定位、被操控和/或與生物環(huán)境接合，從而例如提供與靶組織物理接觸、電接觸或光通信接觸的電子裝置。因此，在該方面的一些實(shí)施方案中，所述可吸收層在布置過程中用作部分犧牲層，但是在使用過程中仍作為所述裝置的結(jié)構(gòu)組件和/或功能組件。在本發(fā)明的裝置和方法中，吸收所述生物可吸收基質(zhì)提供了在所述電子裝置和所述靶組織之間建立保 形接觸，任選物理接觸、保形接觸、熱接觸和/或電接觸，的最小侵害和/或生物相容性方法。例如，在一些實(shí)施方案中，部分或者完全吸收所述生物可吸收基質(zhì)提供了選擇性調(diào)節(jié)和/或操縱所述電子裝置的物理尺度、構(gòu)象、形態(tài)和/或形狀以促進(jìn)建立與靶組織的保形接觸的方法。在一些實(shí)施方案中，部分或全部吸收所述生物可吸收基質(zhì)提供了選擇性調(diào)節(jié)所述可植入裝置的化學(xué)組成從而以生物相容的方式例如以抑制不希望的免疫應(yīng)答和/或炎癥的方式建立與靶組織的保形接觸的方法。在本發(fā)明中納入可吸收材料還可以以促進(jìn)本發(fā)明的可植入裝置及其組件的移除、生物降解和/或清除的方式實(shí)施。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的裝置具有組成、幾何形狀和/或物理尺度，以致當(dāng)至少部分的所述生物可吸收基質(zhì)被吸收時(shí)所述裝置可分解成能夠被受試者有效加工和清除的片段。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，配置所述裝置以使得當(dāng)所述生物可吸收基質(zhì)被部分吸收時(shí)所述裝置分解成具有側(cè)尺寸和厚度尺寸小于100微米，任選小于10微米，任選小于I微米，的片段，以利于受試者加工和清除所述裝置。或者，本發(fā)明包括在至少部分吸收所述生物可吸收基質(zhì)后，任選在全部吸收后，具有保持基本完整(例如至少70%完整或者任選至少90%完整)的電子裝置組件的可植入裝置。本發(fā)明該方面的實(shí)施方案可用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，其中將所述裝置設(shè)計(jì)為可通過手術(shù)步驟移除。例如，在一方面，在至少部分吸收所述生物可吸收基質(zhì)后，所述電子裝置組件顯示出這樣的物理尺度和/或機(jī)械性能(例如剛度、硬度、楊氏模量等)，即使得所述裝置可以在植入后被在物理上移除(例如通過外科手術(shù))。多種材料可用于本發(fā)明裝置的生物可吸收基質(zhì)，包括在與生物環(huán)境接觸后被有效加工和/或改型而不形成生物學(xué)活性、毒性和/或有害的副產(chǎn)物的材料?？捎糜谏锟晌栈|(zhì)的材料包括例如生物聚合物(例如蛋白質(zhì)、肽、碳水化合物、多核苷酸等)、合成聚合物、蛋白質(zhì)、多糖、絲、聚癸二酸甘油酯(PGS)、聚二惡烷酮、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、膠原、殼聚糖、絲蛋白及其組合。可用于生物可吸收基質(zhì)的絲材料包括例如蠶絲蛋白、改性蠶絲蛋白、蜘蛛絲、昆蟲絲、重組絲及其任意組合。本文所用的改性蠶絲蛋白是指通過化學(xué)改性蠶絲蛋白得到的聚合組合物。
所述生物可吸收基質(zhì)的物理尺度和物理特征對(duì)于支持一系列裝置功能性和與不同組織類型的相容性是重要的參數(shù)。在一些實(shí)施方案中，所述生物可吸收基質(zhì)具有小于或等于10，000 μ m的厚度，任選在一些實(shí)施方案中具有小于或等于1000 μ m的厚度，任選在一些實(shí)施方案中具有小于或等于100 μ m的厚度，任選在一些實(shí)施方案中具有小于或等于10 μ m的厚度，任選在一些實(shí)施方案中具有小于或等于Iym的厚度。使用薄生物可吸收基質(zhì)(例如其厚度小于或等于100 μ m，任選小于或等于10 μ m，任選小于或等于I μ m)可用于提供能夠建立與多種組織類型的保形接觸的柔性(或另外可變形)的可植入裝置，所述組織類型包括具有復(fù)雜的、高度凸起的表面的組織。在一些實(shí)施方案中，所述生物可吸收基質(zhì)具有選自IOOnm到10000 μ m,任選對(duì)于一些用途選自I μ m到1000 μ m,任選對(duì)于一些實(shí)施方案選自Iym到10 μ m，的厚度。在一些實(shí)施方案中，對(duì)所述生物可吸收基質(zhì)的組成和物理特征(例如楊氏模量、凈彎曲剛度、韌度等)進(jìn)行選擇，以提供對(duì)于所述電子裝置組件足夠的結(jié)構(gòu)支持，同時(shí)還提供在布置后達(dá)到高度保形接觸的能力。在一些實(shí)施方案中，所述生物可吸收基質(zhì)是一個(gè)低模量層?；蛘?，本發(fā)明包括具有是高模量層的生物可吸收基質(zhì)的裝置。例如，在一些實(shí)施方案中，所述生物可吸收基質(zhì)具有的楊氏模量小于或等于IOGpa,優(yōu)選對(duì)于一些用途其小于或等于lOOMpa，并且任選對(duì)于一些用途其小于或等于lOMpa。例如，在一些實(shí)施方案中，所述生物可吸收基質(zhì)的楊氏模量選自O(shè). 5Mpa到IOGpa,任選對(duì)于一些用途選·自O(shè). 5MPa到lOOMpa，任選對(duì)于一些用途選自0. 5MPa到lOMpa。例如，在一些實(shí)施方案中，所述生物可吸收基質(zhì)具有的凈彎曲剛度小于或等于I X IO9GPa μ m4，任選對(duì)于一些用途小于或等于I X IO7GPaym4,任選對(duì)于一些用途小于或等于I X IO6GPa μ m4。例如，在一些實(shí)施方案中，所述生物可吸收基質(zhì)的凈彎曲剛度選自0. I X IO4GPa μ m4到I X IO9GPa μ m4，任選對(duì)于一些用途介于 0. I X IO4GPa μ m4 和 5 X IO5GPa μ m4 之間。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)被提供與生物環(huán)境中的靶組織接觸時(shí)，所述裝置包括具有可控的和/或可選擇的體內(nèi)吸收速率的生物可吸收基質(zhì)。本發(fā)明包括具有生物可吸收基質(zhì)的可植入裝置，所述生物可吸收基質(zhì)呈現(xiàn)出基于預(yù)期的生物應(yīng)用、裝置功能性、組織類型等而選擇的吸收速率范圍。例如，在一些實(shí)施方案中，所述生物可吸收基質(zhì)呈現(xiàn)出大的體內(nèi)吸收速率以在給予后提供快速且完全的吸收，例如以促進(jìn)所述裝置與靶組織接合和/或促進(jìn)用于在具體組織環(huán)境中布置所述裝置的構(gòu)型和/或形態(tài)改變。例如，在其他實(shí)施方案中，所述生物可吸收基質(zhì)呈現(xiàn)出小的體內(nèi)吸收速率以在給予后提供慢且不完全的吸收，例如以提供包封所述裝置的電子組件和/或以提供用于布置或移除所述裝置的結(jié)構(gòu)特征。在一些生物環(huán)境例如體內(nèi)生物環(huán)境中，所述生物可吸收基質(zhì)的降解經(jīng)酶促降解發(fā)生，例如經(jīng)蛋白酶介導(dǎo)的降解發(fā)生。此外，在一些實(shí)施方案中，降解從暴露于存在降解酶的生物環(huán)境中的生物可降解基質(zhì)的表面發(fā)生，例如與組織和/或生物流體的界面處。相應(yīng)地，可以對(duì)所述生物可降解基質(zhì)的一些參數(shù)進(jìn)行選擇以有效控制所述吸收速率。在一個(gè)實(shí)施方案中，對(duì)所述生物可降解基質(zhì)的化學(xué)組成、物理狀態(tài)和/或厚度進(jìn)行選擇以控制所述吸收速率。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，所述生物可降解基質(zhì)含有呈現(xiàn)對(duì)所選擇的生物環(huán)境有用的吸收速率的生物聚合物，例如呈現(xiàn)有用的吸收速率的絲生物聚合物。本發(fā)明包括含有無定形材料、結(jié)晶材料、部分無定形的材料、以及部分結(jié)晶材料的生物可吸收基質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的可植入裝置包括至少部分結(jié)晶材料，其中對(duì)所述生物可吸收基質(zhì)的結(jié)晶度范圍進(jìn)行選擇以為選擇的生物環(huán)境和裝置應(yīng)用提供有用的和/或預(yù)先選擇的吸收速率。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)被提供與所述靶組織接觸時(shí)，所述生物可吸收基質(zhì)的結(jié)晶度越大則所述吸收速率越慢。例如，本發(fā)明包括具有結(jié)晶度小于或等于55%，任選結(jié)晶度小于或等于30%、任選結(jié)晶度小于或等于20%、任選結(jié)晶度小于或等于5%的生物可吸收基質(zhì)的可植入裝置。例如，本發(fā)明包括具有結(jié)晶度選自O(shè)到55%的，任選對(duì)于一些實(shí)施方案結(jié)晶度選自1-30%，任選對(duì)于一些實(shí)施方案結(jié)晶度選自5-20%的生物可吸收基質(zhì)的可植入裝置。本文所用的0%結(jié)晶度是指完全無定形材料，給出的結(jié)晶度是指以晶態(tài)狀態(tài)提供的材料的量相對(duì)于總的材料量的比值。例如，在一些實(shí)施方案中，對(duì)于具有絲生物可吸收基質(zhì)的材料，結(jié)晶度是指所述生物可吸收的絲基質(zhì)中β折疊的含量。對(duì)于一些應(yīng)用，生物可吸收基質(zhì)是生物相容性材料，其在與靶組織接觸后被加工和/或改型但不形成生物學(xué)活性、毒性和/或有害的副產(chǎn)物。所述生物可吸收基質(zhì)的幾何形狀和/或形態(tài)是另外的對(duì)于建立本發(fā)明的可植入裝置的功能性能力重要的特性。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述生物可吸收基質(zhì)是具有接近一致厚度(例如厚度在該層的平均厚度的10%以內(nèi))的連續(xù)層。或者，本發(fā)明包括具有生物可吸收基質(zhì)的裝置，所述基質(zhì)包括不連續(xù)層和/或具有不一致厚度譜的層。本發(fā)明包括具有另 外的生物可吸收基質(zhì)和/或?qū)拥目芍踩胙b置，用于例如部分或完全包封和/或電隔離電子裝置組件(例如半導(dǎo)體、電極、電介質(zhì)等)。在一些實(shí)施方案中，所述生物可吸收基質(zhì)和/或屏障層和/或第二電介質(zhì)層具有平坦的或不平坦的(例如彎曲的、凹面的、凸面的等)接觸表面，用于在物理上接觸靶組織的所述表面。這些實(shí)施方案可用于例如提供靶組織表面的傳感和/或驅(qū)動(dòng)。在其他實(shí)施方案中，所述生物可吸收基質(zhì)和/或屏障層和/或第二電介質(zhì)層具有用于在物理上接觸所述靶組織的納米結(jié)構(gòu)化的或微米結(jié)構(gòu)化的接觸表面。對(duì)于一些應(yīng)用，納米結(jié)構(gòu)化的或微米結(jié)構(gòu)化的接觸表面含有多個(gè)與靶組織表面物理接觸和/或刺入所述靶組織表面的凸起部分。在一些實(shí)施方案中，所述凸起部分從所述生物可吸收基質(zhì)和/或屏障層和/或第二電介質(zhì)層延伸IOnm到IOOOnm的長(zhǎng)度,對(duì)于一些應(yīng)用優(yōu)選延伸IOnm到500nm。有用的凸起部分包括但不限于倒鉤、刺突、柱、突起及其任意組合。在一些實(shí)施方案中，具有納米結(jié)構(gòu)化的生物可吸收層的裝置可用于在靶組織表面以下和/或在所述靶組織中提供傳感和/或驅(qū)動(dòng)。在一些實(shí)施方案中，所述電子裝置的至少部分的，任選全部的，多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件結(jié)合到所述生物可吸收基質(zhì)、屏障層和/或所述生物相容層。所述電子裝置與所述生物可吸收基質(zhì)、屏障層和/或所述生物相容層之間的結(jié)合可以通過層和材料之間直接形成共價(jià)鍵合和非共價(jià)鍵合(例如范德華力、氫鍵合、倫敦色散力等)來實(shí)現(xiàn)?；蛘撸Y(jié)合可以通過在所述電子裝置和所述生物可吸收基質(zhì)、屏障層和/或所述生物相容層之間納入膠粘層來實(shí)現(xiàn)。可用于結(jié)合的膠粘層包括聚合物、彈性體(例如PDMS)、預(yù)聚物、薄金屬層、絲層等。所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置具有中性機(jī)械平面(neutral mechanicalplane),在一些實(shí)施方案中所述電極陣列的至少部分的，任選全部的，多個(gè)半導(dǎo)體組件或電極被放置于緊鄰(例如在10微米之內(nèi)，任選在I微米之內(nèi))所述中性機(jī)械平面的位置?？梢赃x擇所述屏障層的厚度和生物可吸收基質(zhì)的厚度，以使所述電極陣列的至少部分的多個(gè)半導(dǎo)體組件或電極位于緊鄰所述中性機(jī)械平面的位置。所述電極陣列的半導(dǎo)體組件或電極位于緊鄰所述中性機(jī)械平面的實(shí)施方案可用于所述裝置在布置后構(gòu)象發(fā)生顯著改變的應(yīng)用中，例如當(dāng)以非平面的(例如曲面的、弧面的、凸面的、凹面的等)構(gòu)象和/或拉伸構(gòu)象提供時(shí)增強(qiáng)所述裝置的結(jié)構(gòu)完整性。可用的無機(jī)半導(dǎo)體組件包括但不限于柔性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、可拉伸的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和/或能夠進(jìn)行形變以與靶組織表面的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)保形。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，所述無機(jī)半導(dǎo)體組件含有微米結(jié)構(gòu)化的材料或納米結(jié)構(gòu)化的材料例如納米帶、納米膜或納米線。本文所用的術(shù)語(yǔ)“微米結(jié)構(gòu)化的”是指具有至少一個(gè)選自I微米到1000微米的物理尺度的結(jié)構(gòu)，術(shù)語(yǔ)“納米結(jié)構(gòu)化的”是指具有至少一個(gè)選自10納米到1000納米的物理尺度的結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述無機(jī)半導(dǎo)體元件含有半導(dǎo)體裝置例如晶體管、晶體管溝道、二極管、Ρ-Π結(jié)、光電二極管、發(fā)光二極管、激光器、電極、集成電子裝置或其組合和/或陣列。所述電子裝置及其組件以及所述可植入裝置的物理尺度和形狀對(duì)于所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置和所述靶組織之間建立充分的保形接觸以及對(duì)于最小化對(duì)所述裝置的免疫應(yīng)答例如最小化與靶組織接觸后的炎癥是重要參數(shù)。使用薄無機(jī)半導(dǎo)體組件(例如厚度小于或等于100微米，任選小于或等于10微米，任選小于或等于I微米)可用于提供能夠與多種組織類型(包括具有復(fù)雜的、高度起伏的表面的組織的)建立保形接觸的柔性的(或者還可變形的)可植入裝置。在一些實(shí)施方案中，所述電子裝置的至少一些，任選全部的，無機(jī) 半導(dǎo)體組件的厚度小于或等于100微米，在一些應(yīng)用中其厚度小于或等于10微米，在一些應(yīng)用中其厚度小于或等于I微米，在一些應(yīng)用中其厚度小于或等于500納米，在一些應(yīng)用中其厚度小于或等于100納米。在一些實(shí)施方案中，所述電子裝置的至少一些，任選全部的，無機(jī)半導(dǎo)體組件的厚度選自50nm到100 μ m,任選在一些應(yīng)用中其選自50nm到10 μ m,任選在一些應(yīng)用中其選自IOOnm到lOOOnm。在一些實(shí)施方案中，所述電子裝置的至少一些，任選全部的，無機(jī)半導(dǎo)體組件的側(cè)物理尺度(例如長(zhǎng)度、寬度、直徑等)小于或等于10000 μ m，在一些應(yīng)用中其側(cè)物理尺度小于或等于1000 μ m，在一些應(yīng)用中其側(cè)物理尺度小于或等于100 μ m,在一些應(yīng)用中其側(cè)物理尺度小于或等于I μ m。在一些實(shí)施方案中，所述電子裝置的至少一些，任選全部的，無機(jī)半導(dǎo)體組件的側(cè)物理尺度選自IOOnm到10000 μ m，任選在一些應(yīng)用中其選自500nm到1000 μ m,任選在一些應(yīng)用中其選自500nm到100 μ m,任選在一些應(yīng)用中其選自500nm到IOym0如同所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的其他組件，所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的物理特征(例如楊氏模量、凈彎曲剛度、韌度等)可允許所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置與靶組織達(dá)到高程度的保形接觸。例如，在一些實(shí)施方案中，所述電子裝置的至少部分的，任選全部的，無機(jī)半導(dǎo)體組件的楊氏模量小于或等于IOGPa,任選在一些應(yīng)用中其小于或等于IOOMPa,任選在一些應(yīng)用中其小于或等于lOMPa。例如，在一些實(shí)施方案中，所述電子裝置的至少部分的，任選全部的，無機(jī)半導(dǎo)體組件的楊氏模量選自O(shè). 5MPa到IOGPa范圍,任選在一些應(yīng)用中其選自O(shè). 5MPa到IOOMPa范圍，任選在一些應(yīng)用中其選自O(shè). 5MPa到IOMPa范圍。在一些實(shí)施方案中，所述電子裝置的至少部分的，任選全部的，無機(jī)半導(dǎo)體組件的凈彎曲剛度小于或等于I X IO8GPa μ m4，任選在一些應(yīng)用中其小于或等于5 X IO5GPa μ m4，任選在一些應(yīng)用中其小于或等于I X IO5GPa μ m4。在一些實(shí)施方案中，所述電子裝置的至少部分的，任選全部的，無機(jī)半導(dǎo)體組件的凈彎曲剛度選自O(shè). I X IO4GPa μ m4到I X IO8GPa μ m4，任選在一些應(yīng)用中其介于 O. I X IOGPa μ m4 和 5 X IO5GPa μ m4 之間。在一些實(shí)施方案中，通過以基于印刷的方法或基于塑型的方法將所述電子裝置或其組件裝配在所述生物可吸收基質(zhì)上，例如通過轉(zhuǎn)印、干接觸轉(zhuǎn)印、基于溶液的印刷、軟平板印刷、復(fù)制模塑、印刷光刻等。因此，在這些實(shí)施方案的一些中，所述電子裝置或其組件含有可印刷的半導(dǎo)體材料和/或裝置。在一些實(shí)施方案中，經(jīng)基于印刷的技術(shù)集成所述電子裝置和生物可吸收基質(zhì)組件是有益的，因?yàn)槠淇瑟?dú)立地加工半導(dǎo)體裝置/材料和加工用于所述生物可吸收基質(zhì)。例如，所述基于印刷的裝配方法使得可經(jīng)與一些生物可吸收基質(zhì)不相容的技術(shù)加工半導(dǎo)體裝置/材料。例如，在一些實(shí)施方案中，首先經(jīng)高溫處理、物理和化學(xué)沉積處理、蝕刻和/或水處理(例如顯影等)加工所述半導(dǎo)體裝置/材料，然后經(jīng)基于印刷的技術(shù)將其裝配到所述生物可吸收基質(zhì)上。該方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于其避免了以負(fù)面影響所述生物可吸收基質(zhì)的化學(xué)和/或物理特征的方式，例如通過負(fù)面影響所述生物可吸收基質(zhì)的生物相容性、毒性和/或吸收特征(例如吸收速率等)，在所述生物可吸收基質(zhì)上加工所述半導(dǎo)體裝置/材料。例如，在一些實(shí)施方案中，該方法可有效地裝配所述電子裝置，而不使所述生物可吸收基質(zhì)暴露于水處理，例如使所述生物可吸收基質(zhì)暴露于蝕刻劑、剝離劑(stripper)或顯影劑的處理。 可用于所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的材料包括高質(zhì)量的半導(dǎo)體材料例如單晶半導(dǎo)體材料包括純的和有雜質(zhì)的單晶半導(dǎo)體材料。將單晶半導(dǎo)體材料集成到可植入生物醫(yī)學(xué)裝置對(duì)于提供呈現(xiàn)非常好的電子特征的可植入裝置是尤其有益的。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述半導(dǎo)體組件包括選自Si、Ge、Se、金剛石、富洛倫尼斯、SiC, SiGe, SiO, SiO2, SiN, AlSb、AlAs、AlIn、AlN、AlP、AlS、BN、BP、BAs、As2S3、GaSb、GaAs、GaN、GaP、GaSe、InSb、InAs, InN、InP,CsSe、CdS> CdSe > CdTe > Cd3P2> Cd3As2、Cd3Sb2 > ZnO> ZnSe > ZnS> ZnTe > Zn3P2 > Zn3As2、Zn3Sb2>ZnSiP2, CuCl、PbS、PbSe、PbTe、FeO、FeS2、NiO、EuO, EuS、PtSi、TlBr^CrBr3, SnS, SnTe、Pbl2、MoS2, GaSe, CuO, Cu2O, HgS, HgSe, HgTe, HgI2' MgS, MgSe, MgTe, CaS, CaSe, SrS、SrTe, BaS,BaSe> BaTe> SnO2> TiO、Ti02、Bi2S3、Bi203、Bi2Te3、Bil3、UO2> UO3> AgGaS2> PbMnTe> BaTiO3>SrTiO3, LiNbO3' La2CuO4' La0 7Ca0 3MnO3' CdZnTe, CdMnTe, CuInSe2、銅銦鎵硒化物(CIGS)、HgCdTe、HgZnTe、HgZnSe、PbSnTe、Tl2SnTe5、Tl2GeTe5、AlGaAs、AlGaN、AlGaP、AlInAs、AlInSb、AlInP、AlInAsP、AlGaAsN, GaAsP, GaAsN、GaMnAs, GaAsSbN, GalnAs、GaInP、AlGaAsSb,AlGaAsP、 AlGalnP、 GalnAsP、 InGaAs> InGaP> InGaN、 InAsSb、 InGaSb> InMnAs> InGaAsP>InGaAsN, InAlAsN、GaInNAsSb, GaInAsSbP及其任意組合的材料。在一些實(shí)施方案中，所述無機(jī)半導(dǎo)體組件包括選自Si、SiC、SiGe、Si0、Si02、SiN及其任意組合的材料。在一些實(shí)施方案中，所述無機(jī)半導(dǎo)體組件含有單晶硅、多孔硅和/或多晶硅。在一些實(shí)施方案中，所述無機(jī)半導(dǎo)體組件含有單晶無機(jī)半導(dǎo)體材料。在一些實(shí)施方案中，所述無機(jī)半導(dǎo)體組件是生物可吸收材料或生物惰性材料?？捎糜谏锟晌盏臒o機(jī)半導(dǎo)體組件的材料包括但不限于多孔硅、多晶硅及其任意組合。在一些實(shí)施方案中，該方面的電子裝置包括一個(gè)或多個(gè)互聯(lián)的島結(jié)構(gòu)和橋結(jié)構(gòu)。例如，島結(jié)構(gòu)可包含所述電子裝置的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體環(huán)路組件。橋結(jié)構(gòu)可包含一個(gè)或多個(gè)柔性的和/或可拉伸的電子互連，所述互連提供元件之間例如不同的島結(jié)構(gòu)之間的電子通訊。以此方式，本發(fā)明的電子裝置可以包含具有多個(gè)電互連的無機(jī)半導(dǎo)體組件的可拉伸的電子裝置，所述組件含有提供電互連一個(gè)或多個(gè)島結(jié)構(gòu)以及一個(gè)或多個(gè)柔性的和/或可拉伸的橋結(jié)構(gòu)，例如可拉伸的電子互連物。在一些實(shí)施方案中，所述電子裝置可以包括一個(gè)或多個(gè)另外的裝置組件，所述組件選自電極、電介質(zhì)層、化學(xué)的或生物的傳感元件、PH傳感器、光學(xué)傳感器、光源、溫度傳感器和電容傳感器。所述另外的裝置組件可以包含生物惰性材料或生物可吸收材料?？捎玫纳锒栊圆牧习ǖ幌抻阝?、金、銀、鉬及其任意組合。可用的生物可吸收材料包括但不限于鐵、鎂及其任意組合。在一些實(shí)施方案中，所述多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件的至少一部分含有放大器電路、倍增電路、電流限制電路、集成電路、晶體管或晶體管陣列中的一個(gè)或多個(gè)?？捎玫谋对鲭娐钒檫@樣的倍增電路，即該倍增電路被配置以對(duì)在所述生物可吸收基質(zhì)之上空間排列的多個(gè)電極中的每一個(gè)逐個(gè)進(jìn)行尋址。所述電極的物理尺度、組成以及幾何形狀是本發(fā)明的可植入電極陣列和電子裝置的重要參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述電極陣列的電極是金屬片例如薄(例如厚度〈100微米)金屬片。使用薄電極(例如厚度小于或等于100微米，任選小于或等于10微米，任選小于或等于I微米)可用于提供柔性的(或還可變形的)可植入裝置，所述裝置能夠與多種組織類型(包括具有復(fù)雜的、高度起伏表面的組織)建立保形接觸。在一個(gè)實(shí)施方案中，至少部分 的，任選全部的，所述電極含有生物相容的金屬例如鈦、金、銀、鉬及其任意組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，至少部分的，任選全部的，所述電極含有生物可吸收金屬例如鐵、鎂及其任意組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述陣列含有至少10個(gè)電極，任選含有10到10000個(gè)電極，在一些實(shí)施方案中任選含有10到1000個(gè)電極，在一些實(shí)施方案中任選含有20到100個(gè)電極。在一個(gè)實(shí)施方案中，每一個(gè)所述電極的厚度小于或等于10微米,任選每個(gè)電極的厚度小于或等于I微米，任選每個(gè)電極的厚度小于或等于500納米。在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)所述電極的厚度在100納米到10微米范圍內(nèi)，任選其厚度在100納米到I微米范圍內(nèi)，任選其厚度在100納米到500納米范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)所述電極的側(cè)尺度小于或等于10000微米，任選其側(cè)尺度小于或等于1000微米，任選其側(cè)尺度小于或等于100微米，任選其側(cè)尺度小于或等于10微米。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述電極陣列的電極與相鄰電極的距離大于或等于10微米，任選其距離大于100微米。在一個(gè)實(shí)施方案中，相鄰的電極彼此分離的距離選自10微米到10毫米，任選10微米到1000微米,任選10到100微米。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述裝置的至少一部分的，任選全部的，電極和/或無機(jī)半導(dǎo)體組件是由具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的屏障層支持的。在本發(fā)明中，使用具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的屏障層對(duì)于提供可有效操作和給予所述可植入裝置的支持層，同時(shí)提供用于建立與所述靶組織的保形接觸的機(jī)械性能(例如柔性、可變形性、可彎曲性等)是有益的。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是指占據(jù)所述裝置足印區(qū)域(foot print area)的部分但非全部例如占據(jù)所述裝置與所述靶組織接合區(qū)域的部分但非全部的層或其他結(jié)構(gòu)組件。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，所述裝置的足印區(qū)域是與建立與靶組織接合部位的所述裝置的邊界相對(duì)應(yīng)的區(qū)域，所述屏障層的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)占據(jù)所述底部覆蓋區(qū)域的部分但非全部。在一些實(shí)施方案中，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)占所述裝置的足印區(qū)域和/或組織界面區(qū)域的75%或更少，任選占所述覆蓋區(qū)域和/或組織界面區(qū)域的50%或更少，任選占所述裝置的覆蓋區(qū)域和/或組織界面區(qū)域的25%或更少。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，所述屏障層具有為晶格結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)或觸角結(jié)構(gòu)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，所述屏障層具有至少部分支持所述無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極或者任選與所述無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極物理接觸的結(jié)構(gòu)區(qū)域的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中所述屏障層的結(jié)構(gòu)區(qū)域彼此之間被不存在所述屏障層的空隙分隔。因此，在這些實(shí)施方案中，存在所述空隙區(qū)域提供了占據(jù)較所述裝置足印小的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)化的屏障層。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，所述具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的屏障層是不連續(xù)的層，而不是連續(xù)的層例如連續(xù)的膜或片狀物。所述屏障層的組成和物理尺度也是對(duì)于提供可用于建立與靶組織的保形接觸的可植入裝置有用的參數(shù)。使用薄屏障層(例如厚度小于或等于100微米，任選小于或等于10微米，任選小于或等于I微米)可用于提供柔性的(或還可變形的)可植入裝置，所述裝置能夠建立與多種組織類型(包括具有復(fù)雜的、高度起伏的表面的組織)的保形接觸。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述屏障層含有聚合材料，例如彈性體、熱凝物、熱塑性材料或聚合物復(fù)合材料。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，所述屏障層是聚酰亞胺。本發(fā)明包括含有其他材料例如SU-8、絕緣體、聚酰亞胺、電介質(zhì)、無機(jī)電介質(zhì)、Si3N4的屏障層。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述屏障層的厚度小于或等于10000 μ m，任選其厚度小于或等于1000 μ m，任選其厚度小于或等于100 μ m，任選其厚度小于或等于10 μ m。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述屏障層的厚度選自500nm到1000 μ m，任選其厚度選自500nm到100 μ m，任選其厚度選自500nm到IOym范圍。在一些實(shí)施方案中，所述屏障層是低模量層。或者，本發(fā)明包括具有高模量屏障層的裝置。本文使用的“空間排列在所述生物可吸收基質(zhì)之上”是指元件(例如裝置組件)分布在生物可吸收基質(zhì)的表面區(qū)域上，使得每個(gè)元件處于不同的位置。元件間距可以相同或者不同。在一些實(shí)施方案中，所述元件以相等的元件間距空間排列在規(guī)則的陣列結(jié)構(gòu)例如 2D陣列中。在一些實(shí)施方案中，所述元件在空間上排列成一條線(例如ID陣列)?？捎玫目臻g排列包括元件的規(guī)則分布和不規(guī)則分布。在一些實(shí)施方案中，所述屏障層和/或生物可吸收基質(zhì)包封所述電子裝置的全部無機(jī)半導(dǎo)體組件和/或電極。在其他一些實(shí)施方案中，所述屏障層和/或生物可吸收基質(zhì)完全包封所述電子裝置本身。例如，在一些實(shí)施方案中，所述屏障層、生物相容層、第一電介質(zhì)層、第二電介質(zhì)層和/或生物可吸收基質(zhì)的厚度小于或等于10000 μ m，任選在一些實(shí)施方案中其厚度小于或等于1000 μ m，任選在一些實(shí)施方案中其厚度小于或等于IOOymdi選在一些實(shí)施方案中其厚度小于或等于10 μ m。例如，在一些實(shí)施方案中，所述屏障層、生物相容層、第一電介質(zhì)層、第二電介質(zhì)層和/或生物可吸收基質(zhì)的厚度選自I μ m到10000 μ m,任選在一些應(yīng)用中其厚度選自I μ m到1000 μ m,任選在一些應(yīng)用中其厚度選自I μ m到100 μ m。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)所述電子裝置配置到體內(nèi)生物環(huán)境后，所述屏障層和/或生物可吸收基質(zhì)將來自所述電子裝置的凈泄漏電流限制到10 μ A/ μ m2或者更低?？捎糜谒銎琳蠈雍?或生物相容層和/或第一電介質(zhì)層和/或第二電介質(zhì)層的材料包括例如聚合物、有機(jī)聚合物、SU-8、絕緣體、聚酰亞胺、電介質(zhì)、無機(jī)電介質(zhì)、Si3N4及其任意組合。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，所述屏障層和/或生物相容層含有電絕緣體。在一些實(shí)施方案中，所述屏障層和/或生物相容層含有生物可吸收材料或生物惰性材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置和/或電極陣列的物理特征(例如楊氏模量、凈彎曲剛度、韌度等)為所述裝置提供了硬度以能夠自身支持，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)與靶組織的高度的保形接觸。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述生物可吸收基質(zhì)、所述電子裝置具有多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體元件，并且由所述屏障層提供的所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的凈彎曲剛度小于I X IO9GPa μ m4，或者凈彎曲剛度選自O(shè). I X IO4GPa μ m4到I X IO8GPa μ m4，任選選自IXlO5GPaym4到IX IO8GPay m4。在一些實(shí)施方案中，所述生物可吸收基質(zhì)、所述電子裝置及所述屏障層各自均獨(dú)立地包含生物可吸收基質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，由所述生物可吸收基質(zhì)、所述生物相容層、所述含有多個(gè)電極的電極陣列以及所述屏障層提供的所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的凈彎曲剛度小于I X IO9GPaym4,或者凈彎曲剛度選自O(shè). I X IO4GPaym4到I X IO9GPa μ m4，任選選自 O. I X IO4GPa μ m4 到 I X IO6GPa μ m4。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述電子裝置和屏障層具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其是通過如下方式形成的除去緊鄰電子裝置組件(例如無機(jī)半導(dǎo)體元件、電極等)的一個(gè)或多個(gè)支持層或包封層的至少一部分以提供具有一個(gè)或多個(gè)孔或觸角結(jié)構(gòu)的多孔結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體組件在近端在物理上連接但在遠(yuǎn)端在物理上分離。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述可植入裝置和/或其組件就可見光和/或紅外線電磁輻射而言是至少部分光學(xué)透明的。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，所述電子裝置、生物可吸收基質(zhì)、電極陣列和/或屏障層組件呈現(xiàn)出所述電磁波譜的可見光區(qū)的透光率等于或大于70%，在一些應(yīng)用中等于或大于90%。至少部分光學(xué)透明的可植入裝置可用于在給予、使用和/或除去過程中使所述裝置顯像或成像。此外，至少部分光學(xué)透明的本發(fā)明的裝置可用于偶聯(lián)電磁輻射進(jìn)入和/或離開所述裝置。例如，本發(fā)明包括具有LED或激光陣列組件的可植入裝置，用于照明靶組織或光學(xué)傳感，其中所述裝置能夠使光從所述電子裝置組件傳播通過所述裝置的其他組件例如所述生物可吸收基質(zhì)?！ぴ诹硪环矫妫峁┝擞糜诮o予和使用可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的方法。該方面的方法包括如下步驟提供含有生物可吸收基質(zhì)、電子裝置、屏障層的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置，所述電子裝置包括多個(gè)由所述生物可吸收基質(zhì)支持的無機(jī)半導(dǎo)體組件，其中至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件具有至少一個(gè)小于或等于100微米的物理尺度，所述屏障層包封所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的至少一部分；在生物環(huán)境中使所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置與受試者的靶組織接觸并在生物環(huán)境中至少部分吸收所述生物可吸收基質(zhì)，以此建立所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置與所述靶組織在生物環(huán)境中的保形接觸。該方面的方法可用于將可植入生物醫(yī)學(xué)裝置給予至生物環(huán)境中的靶組織上，其中所述生物環(huán)境是體內(nèi)生物環(huán)境，其中所述靶組織可選自但不限于心臟組織、腦組織、肌肉組織、神經(jīng)組織、上皮組織以及脈管組織。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)所述生物可吸收基質(zhì)的全部或部分被吸收后，所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的楊氏模量降低至少20%，任選至少50%，任選至少70%。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)所述生物可吸收基質(zhì)的全部或部分被吸收后，所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的凈彎曲剛度降低至少20%，任選至少50%，任選至少70%。在另一方面，本發(fā)明提供了驅(qū)動(dòng)靶組織或傳感與受試者的靶組織相關(guān)的參數(shù)的方法。該方面的方法包括以下步驟提供含有生物可吸收基質(zhì)、電子裝置、屏障層的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置，所述電子裝置包括多個(gè)由所述生物可吸收基質(zhì)支持的無機(jī)半導(dǎo)體組件，其中至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件具有至少一個(gè)小于或等于100微米的物理尺度，所述屏障層包封所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的至少一部分；在生物環(huán)境中使所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置與所述靶組織接觸；在生物環(huán)境中至少部分吸收所述生物可吸收基質(zhì)，以此建立所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置與所述靶組織在生物環(huán)境中的保形接觸；驅(qū)動(dòng)所述靶組織或傳感與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織的相關(guān)參數(shù)。在另一方面，本發(fā)明提供了用于在生物環(huán)境中驅(qū)動(dòng)靶組織或傳感與受試者的靶組織相關(guān)的參數(shù)的方法，所述方法包括(I)提供可植入生物醫(yī)學(xué)裝置，所述裝置包括含有多個(gè)可獨(dú)立尋址的金屬電極的電極陣列，其中每個(gè)金屬電極的至少一個(gè)物理尺度小于或等于100微米；具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的屏障層，其中所述屏障層至少部分地支持所述電極陣列；支持所述電極陣列、所述屏障層或其二者的生物可吸收基質(zhì)；使所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置與所述靶組織在生物環(huán)境中接觸；其中所述生物可吸收基質(zhì)在所述生物環(huán)境接觸后至少部分被吸收，以此建立所述電極陣列和所述靶組織在生物環(huán)境中的保形接觸；驅(qū)動(dòng)與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織或傳感與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織相關(guān)的參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，該方面的方法還包括測(cè)量所述靶組織表面的電壓和/或在所述靶組織表面產(chǎn)生電壓。在一些實(shí)施方案中，在所述靶組織表面產(chǎn)生的電壓足以電物理地驅(qū)動(dòng)所述靶組織。在一個(gè)實(shí)施方案中，該方面的方法還包括測(cè)量所述靶組織表面的電磁輻射和/或在所述靶組織表面產(chǎn)生電磁輻射。在一些實(shí)施方案中，在所述靶組織表面產(chǎn)生的電磁輻射具有足以光學(xué)地驅(qū)動(dòng)所述靶組織的功率。在一個(gè)實(shí)施方案中，該方面的方法還包括測(cè)量所述靶組織表面的電流和/或在所述靶組織表面產(chǎn)生電流。在一些實(shí)施方案中，在所述靶組織表面產(chǎn)生的電流具有足以電物理地驅(qū)動(dòng)所述靶組織的值。在另一方面，本發(fā)明提供了制造可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的方法，例如使用基于印刷 的技術(shù)例如轉(zhuǎn)印。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括如下步驟(I)提供具有接受表面的生物可吸收基質(zhì)；(2)通過轉(zhuǎn)印將電極陣列的多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極裝配到所述生物可吸收基質(zhì)的接受表面上。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過轉(zhuǎn)印將所述電極陣列的多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極裝配到所述生物可吸收基質(zhì)的接受表面上的步驟使用干接觸轉(zhuǎn)印例如使用彈性體壓印器或復(fù)合物壓印器進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法還包括提供包封位于所述生物可吸收基質(zhì)的接受表面上的電極陣列的至少一部分的，任選全部的，無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極的屏障層，例如具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的屏障層。在這些方面中，所述屏障層可以完全地或部分地包封所述電極陣列的無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極。在該方面的方法中，所述電極陣列的無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極的厚度小于或等于100微米，任選小于或等于10微米，任選小于或等于I微米。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述包封所述電極陣列的至少一部分的，任選全部的，無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極的步驟是在通過轉(zhuǎn)印將所述電極陣列的多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極裝配到所述生物可吸收基質(zhì)的接受表面的步驟之前進(jìn)行的。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法還包括在所述生物可吸收基質(zhì)的接受表面上提供膠粘層，然后是通過轉(zhuǎn)印將所述電極陣列的多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極裝配到所述生物可吸收基質(zhì)的接受表面上的步驟。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種制造可植入電子裝置的方法，所述方法包括如下步驟(I)提供具有接受表面的生物可吸收基質(zhì)；(2)提供具有犧牲層的操作基質(zhì)；(3)在所述基質(zhì)的犧牲層上產(chǎn)生電極陣列的多個(gè)半導(dǎo)體元件或電極；(4)提供位于所述電極陣列的多個(gè)半導(dǎo)體元件或電極上的屏障層；(5)除去所述操作基質(zhì)上的犧牲層，以此釋放所述電極陣列的多個(gè)半導(dǎo)體元件或電極；(6)通過轉(zhuǎn)印將電極陣列的多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極裝配到所述生物可吸收基質(zhì)的接受表面上。在這些方面中所述屏障層可以完全地或部分地包封所述電極陣列的無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過轉(zhuǎn)印將電極陣列的多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極裝配到所述生物可吸收基質(zhì)的接受表面上的步驟使用干接觸轉(zhuǎn)印例如使用彈性體壓印器或復(fù)合物壓印器進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法還包括從所述屏障層的選定區(qū)域除去材料以產(chǎn)生網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，例如通過濕蝕刻法或干蝕刻法(例如活性氧蝕刻)。在該方面的一個(gè)方法中，所述電極陣列的無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極的厚度小于或等于100微米，任選小于或等于10微米，任選小于或等于I微米。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法還包括所述生物可吸收基質(zhì)的接受表面上提供膠粘層，然后是通過轉(zhuǎn)印將電極陣列的多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極裝配到所述生物可吸收基質(zhì)的接受表面上的步驟。一些轉(zhuǎn)印方法可用于本發(fā)明，其包括使用適合的轉(zhuǎn)移裝置的轉(zhuǎn)印方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述通過轉(zhuǎn)印將所述電極陣列的多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極裝配到所述生物可吸收基質(zhì)的接受表面上的步驟包括如下步驟(I)使所述電極陣列的半導(dǎo)體組件或電極的一個(gè)或多個(gè)接觸表面與適合的轉(zhuǎn)移裝置的轉(zhuǎn)移表面接觸，以此產(chǎn)生具有所述電極陣列的無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極排列在轉(zhuǎn)移表面上的適合轉(zhuǎn)移裝置；(2)使具有所述電極陣列的無機(jī)半導(dǎo)體組件或電極的適合轉(zhuǎn)移裝置的轉(zhuǎn)移表面與所述生物可吸收基質(zhì)的接受表面以一種方式接觸，以建立所述適合轉(zhuǎn)移裝置的轉(zhuǎn)移表面與所述生物可吸收基質(zhì)的接受表面之間的保形接觸；(3)使所述適合轉(zhuǎn)移裝置與所述電極陣列的半導(dǎo)體組件或電極分離，以此將所述電極陣列的半導(dǎo)體組件或電極轉(zhuǎn)移至所述生物可吸收基質(zhì)的接受表面。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述電極陣列的半導(dǎo)體組件或電極至少部分被屏障層包封，并且所述適合轉(zhuǎn)移裝置的轉(zhuǎn)移表面與在所述電極陣列的半導(dǎo)體組件或電極的接觸表面上提供的屏障層接觸。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述適合轉(zhuǎn)移裝置是壓印器，例如彈性體壓印器或復(fù)合彈性體壓印器。
本發(fā)明提供了一種制造可植入裝置的方法，該方法包括如下步驟(I)提供具有犧牲層的基質(zhì)；將第一電介質(zhì)層涂布在所述犧牲層的基質(zhì)上；(2)在所述第一電介質(zhì)層上提供至少一個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件；(3)用第二電介質(zhì)層覆蓋所述至少一個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件的一部分，以此產(chǎn)生具有暴露遠(yuǎn)端的覆蓋無機(jī)半導(dǎo)體組件；(4)提供與所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的暴露遠(yuǎn)端物理接觸的電極；(5)除去所述第一電介質(zhì)層、第二電介質(zhì)層或其二者的至少一部分，以此產(chǎn)生網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；(6)除去所述基質(zhì)上的犧牲層以留下網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；(7)將所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至生物可吸收基質(zhì)的接受表面。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述除去第一電介質(zhì)層和第二電介質(zhì)層的至少一部分以產(chǎn)生網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的步驟包括蝕刻，例如例如氧反應(yīng)離子蝕刻。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述在第一電介質(zhì)層上提供至少一個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件的步驟通過轉(zhuǎn)印例如通過干接觸轉(zhuǎn)印進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述將網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至生物可吸收基質(zhì)的接受表面的步驟通過轉(zhuǎn)印例如通過干接觸轉(zhuǎn)印進(jìn)行。在一些實(shí)施方案中，上述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置是依據(jù)該方面的方法制成的。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的尺度小于或等于100微米,任選對(duì)于一些實(shí)施方案小于或等于10微米,任選對(duì)于一些實(shí)施方案小于或等于I微米。在另一方面，提供了制造可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的方法。該方面的方法包括如下步驟(1)提供基質(zhì)上的犧牲層；(2)將第一聚合物層涂布在所述基質(zhì)上的犧牲層上；(3)在所述第一聚合物層上提供電極陣列，其中所述電極陣列含有多個(gè)電極；(4)除去所述第一聚合物層的至少一部分，以此產(chǎn)生網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；(5)除去所述基質(zhì)上的犧牲層；(6)將所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和電極陣列轉(zhuǎn)移至生物可吸收基質(zhì)的接受表面。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述移除第一聚合物的至少一部分的步驟包括溶解或蝕刻例如氧反應(yīng)離子蝕刻。在一個(gè)實(shí)施方案中，在所述第一聚合物層上提供電極陣列的步驟通過轉(zhuǎn)印例如通過干接觸轉(zhuǎn)印進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述將網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和電極陣列轉(zhuǎn)移至生物可吸收基質(zhì)的接受表面的步驟通過轉(zhuǎn)印例如通過干接觸轉(zhuǎn)印進(jìn)行。在一些實(shí)施方案中，上述的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置是依據(jù)該方面的方法制成的。
可用于所述基質(zhì)上的犧牲層的材料包括但不限于聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯醇(PVA)、聚苯并咪唑、四氟乙烯、SU-8、聚對(duì)二甲苯、聚酯、聚二甲基硅氧烷(PDMS)及其任意組合。上述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置可用于本發(fā)明的方法。在一些實(shí)施方案中，所述電子裝置的幾何形狀可用于提供拉伸性、柔性、適應(yīng)性和/或壓縮性。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述裝置可以采用裝配成結(jié)構(gòu)形狀的無機(jī)半導(dǎo)體材料，所述結(jié)構(gòu)形狀在幾何學(xué)上可以與大的機(jī)械變形相適應(yīng)而不對(duì)材料本身施加顯著的應(yīng)變。例如，橋連接的剛性裝置島可以是波狀的、有帶扣的、蜿蜒的或曲折的，如美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/851，182 (美國(guó)公開No. 2008/0157235)、美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/405，475 (美國(guó)公開No. 2010/059863)和美國(guó)專利申請(qǐng) No. 12/398，811 (美國(guó)公開 No. 2010/0002402)中進(jìn)一步所述，其各自以引用方式納入本文。 在一個(gè)方面中，本文公開的裝置含有一個(gè)或多個(gè)可拉伸的組件，例如美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/851，182和/或美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/405，475和/或美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/398,811 中所公開的，可通過本文所公開的一種或多種方法制造。美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/851，182、美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/405, 475和美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/398,811在此以引用方式納入本文。不希望囿于任何具體理論的，本文中可能會(huì)有涉及本文公開的裝置和方法相關(guān)的基本原理的觀點(diǎn)或理解的討論?？梢岳斫獾氖?，無論任何機(jī)理解釋或假設(shè)最終的正確性如何，本發(fā)明的實(shí)施方案仍然是具有操作性的和有用的。


圖la、lb和Ic提供了依據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的頂平面圖和橫截面圖。圖2提供了圖I的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的頂透視圖。圖3提供了依據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的具有島和橋的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的頂平面圖。圖4提供了依據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的具有生物相容層的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的側(cè)平面圖。圖5a和5b提供了依據(jù)多個(gè)實(shí)施方案的制造具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的方法流原理圖。圖6提供了示出制造具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的示例性步驟的流程框圖。圖7提供了示出植入生物醫(yī)學(xué)裝置并任選使用所述植入的生物醫(yī)學(xué)裝置驅(qū)動(dòng)靶組織和/或傳感與所述靶組織相關(guān)的參數(shù)的示例性步驟的流程框圖。圖8a和Sb分別提供了顯示平坦接觸表面和納米結(jié)構(gòu)化的或微米結(jié)構(gòu)化的接觸表面的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的側(cè)平面圖。圖9a、9b、9c和9d提供了具有單晶硅電子裝置的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的示意圖及圖像。(a)薄片載體上的超薄裝置、(b)升至PDMS壓印器表面上的裝置和(c)轉(zhuǎn)印到鑄塑到硅晶片上的絲膜上過程的示意圖(左)以及相應(yīng)的高分辨率圖像(右)和顯微圖像(插圖)。(d)轉(zhuǎn)印到游離絲膜(左)并溶解(右)的示意圖。
圖IOa和IOb提供了顯示圖9的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的彎曲和電子特征的圖像和數(shù)據(jù)。(a)平(左)和彎曲(中和右)構(gòu)型中柔性絲基質(zhì)上的超薄裝置。(b)溶解前(實(shí)線)和溶解后(虛線)的轉(zhuǎn)移曲線(左)和IV曲線(右)，其中Id、Vg和Vd分別代表漏電流、柵電壓和漏電壓。右圖中每條IV曲線的電壓代表柵偏壓。圖lla、llb和Ilc示出了體外生物可吸收基質(zhì)溶解的圖像。在不同的時(shí)間段，絲上的硅電子裝置系統(tǒng)的水溶解圖像(左)及放大圖(右)(a)開始時(shí)，(b) 3分鐘后。(C)所述絲完全溶解后在濾紙上復(fù)原的裝置圖像(左)及放大圖(右)。圖12提供了植入小鼠模型中的生物醫(yī)學(xué)裝置的照片。動(dòng)物毒性測(cè)試的步驟和結(jié)果植入前(左)、植入后不久(中)和植入后兩周(右)。圖13a、13b和13c提供了與制造絲支持的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的步驟對(duì)應(yīng)的示意圖和圖像。與制造保形的絲支持PI電極陣列的步驟對(duì)應(yīng)的示意圖和圖像。a.將絲蛋白溶 液鑄塑到臨時(shí)PDMS基質(zhì)上并干燥；室溫干燥12小時(shí)后形成5-15 μ m厚的絲膜。b.制造所述電極陣列、將其轉(zhuǎn)印到絲上并將其與ACF纜線連接的步驟。c.臨床使用可溶性絲支持的超薄網(wǎng)狀物幾何結(jié)構(gòu)中的代表性裝置的示意圖。圖14a、14b和14c提供了使用厚聚酰亞胺膜的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置制造過程的圖像。使用厚PI膜(Kapton，Dupont，USA)的電極陣列制造過程。a.將PI膜貼到涂有PDMS的玻璃上。b.電極陣列制造。c. ACF連接。圖15a和15b提供了各向異性傳導(dǎo)性膜纜線與電路板連接后分別位于絲和聚酰亞胺上的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的圖像。ACF和電路板連接后電極陣列的圖像。a.具有薄 10 μ m)基質(zhì)的電極陣列。b.具有厚(>10 μ m)基質(zhì)的電極陣列。圖16a、16b、16c示出了絲基質(zhì)溶解的時(shí)間依賴的變化。所述絲基質(zhì)溶解的時(shí)間依賴的變化。a.通過浸入溫水中溶解所述絲。b.7ym和2.5μπι電極陣列在支持性絲膜上的總彎曲剛度與支持性絲膜厚度的函數(shù)，插圖顯示7 μ m和2. 5 μ m電極陣列之間彎曲剛度的比率。c.溶解過程中時(shí)間依賴的絲膜體積變化(左圖)和對(duì)于兩種不同陣列厚度用70%乙醇處理5秒后計(jì)算的絲彎曲剛度(右圖)。乙醇處理5秒使所述溶解時(shí)間從數(shù)秒增加到約I小時(shí)。圖16d示出了在絲背襯基質(zhì)上厚度為7μπι和2. 5μπι的神經(jīng)傳感器的彎曲剛度。圖17示出了 7μπι和2. 5μπι可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的時(shí)間依賴的彎曲剛度變化。圖18a、18b、18c和18d示出了模擬的腦模型上的不同厚度的神經(jīng)可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的照片。模擬的腦模型上的不同厚度的神經(jīng)電極陣列用于顯示柔性。a.改善保形接觸的厚度和結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)的示意圖。b.顯示所述電極陣列的厚度如何促進(jìn)腦模型上的保形接觸的系列圖片。c.這些圖片的放大圖。d.可溶性絲基質(zhì)上的具有網(wǎng)狀物設(shè)計(jì)的電極陣列的圖像。箭頭代表在絲溶解后幫助穩(wěn)定Au互連物的網(wǎng)狀物中的支柱。插圖顯示所述絲基質(zhì)一旦溶解所述腦模型上能夠達(dá)到高度的保形接觸。圖19示出了網(wǎng)狀電極陣列的設(shè)計(jì)參數(shù)。圖20a和20b提供了在絲基質(zhì)溶解后分別在玻璃圓柱體和人腦模型上的網(wǎng)狀可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的圖像。圖21a、21b、21c、21d和21e提供了可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的機(jī)器建模特征、理論預(yù)測(cè)特征和測(cè)量特征的圖像和曲線圖。機(jī)器建模、理論預(yù)測(cè)和測(cè)量的特征。a.包裹在半徑為R的圓柱體周圍的薄膜。上圖和中圖分別顯示未包裹的和包裹的狀態(tài)。下圖比較了所述機(jī)器模型和實(shí)驗(yàn)。b.包裹在兩個(gè)重疊的圓柱體周圍的薄膜。上圖和中圖分別顯示未包裹的和包裹的狀態(tài)。下圖顯示所述機(jī)器模型和實(shí)驗(yàn)之間的比較。c.包裹到玻璃半球體上的電極陣列的圖像(左上圖為76 μ m片狀物、右上圖為2. 5μπι片狀物、下圖為2. 5μπι網(wǎng)狀物)。d.片狀物(左圖)和網(wǎng)狀物(右圖)設(shè)計(jì)的機(jī)器模型。e.對(duì)于片狀物和網(wǎng)狀物設(shè)計(jì)，臨界粘附能量(左圖)，以及膜和球形表面之間的正常(剝離)應(yīng)力(右圖)。圖22a、22b、22c 和 22d 提供了在不同直徑(直徑是 a :3. 5cm、b :1. 3cm ;c :0. 4cm 和d 0. lcm)的玻璃圓筒上進(jìn)行的包裹實(shí)驗(yàn)的圖像。圖23a和23b提供了在重疊的圓柱體上進(jìn)行的包裹實(shí)驗(yàn)的圖像(a.傾斜角度視圖、b.側(cè)視圖)。圖24a和24b分別提供了臨界粘附能量和正常(剝離)應(yīng)力的模擬結(jié)果。a.對(duì)于片狀物和網(wǎng)狀物設(shè)計(jì)的臨界粘附能量、b.對(duì)于片狀物和網(wǎng)狀物設(shè)計(jì)的膜和球形表面之間的 正常(剝離)應(yīng)力。圖25a、25b、25c和25d提供了從動(dòng)物驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得到的照片和數(shù)據(jù)。動(dòng)物驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的照片和數(shù)據(jù)。75ym(a)、2.5ym(b)和2.5μπι網(wǎng)狀(c)電極陣列在貓腦上的電極陣列圖像(左)和每個(gè)電極的平均誘發(fā)反應(yīng)，其中顏色顯示每個(gè)電極的誘發(fā)反應(yīng)和所有反應(yīng)的平均值之間交互相關(guān)的程度(右)。d.顯示睡眠梭狀波的來自2. 5μπι網(wǎng)狀電極陣列的單電極的代表性電壓數(shù)據(jù)。圖26a和26b提供了可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的示意圖。分析模型的示意圖及其建模結(jié)果。a.神經(jīng)傳感器的橫截面，其中示出了幾何參數(shù)；b.絲背襯基質(zhì)上的所述神經(jīng)傳感器的橫截面。圖27顯示了線路板的設(shè)計(jì)。
具體實(shí)施例方式一般來說，本文所用的術(shù)語(yǔ)和短語(yǔ)具有其所屬領(lǐng)域公認(rèn)的含義，其可以通過參考標(biāo)準(zhǔn)文本、期刊文獻(xiàn)及本領(lǐng)域公知的文本查到。提供下述定義用于明晰其在本發(fā)明文本中的具體應(yīng)用?！肮δ軐印笔侵笧樗鲅b置提供某些功能的層。例如所述功能層可以包含半導(dǎo)體組件?；蛘?，所述功能層可以包括多個(gè)層，例如由支持層分隔的多個(gè)半導(dǎo)體層。所述功能層可以包含多個(gè)模式化的元件，例如電極或島之間的互連物。所述功能層可以是異質(zhì)的或者可以具有不同質(zhì)的一種或多種特征?！安煌|(zhì)的特征”是指可以在空間上不同，以此影響在多層的裝置中所述中性機(jī)械平面的位置的物理參數(shù)?！敖Y(jié)構(gòu)層”是指通過例如支持和/或包封裝置組件提供結(jié)構(gòu)性功能的層?！鞍雽?dǎo)體”是指在非常低的溫度下是絕緣體但在溫度約300Kelvin時(shí)具有可檢測(cè)到的電導(dǎo)率的任何材料。本文中，術(shù)語(yǔ)半導(dǎo)體的應(yīng)用傾向于與該術(shù)語(yǔ)在微電子學(xué)和電子裝置領(lǐng)域的應(yīng)用一致?？捎玫陌雽?dǎo)體包括含有元素半導(dǎo)體例如硅、鍺和金剛石以及化合物半導(dǎo)體例如IV族半導(dǎo)體化合物例如SiC和SiGe，III-V族半導(dǎo)體例如AlSb、AlAs、AlN、AlP、BN、BP、BAs、GaSb, GaAs, GaN、GaP、InSb、InAs, InN 和 InP，III-V 族三元半導(dǎo)體合金例如AlxGa1^xAs, II-VI 族半導(dǎo)體例如 CsSe, CdS, CdTe, Zn。、ZnSe, ZnS 和 ZnTe, I-VII 族半導(dǎo)體例如CuCl，IV-VI族半導(dǎo)體例如PbS、PbTe、和SnS，層狀半導(dǎo)體例如Pbl2、MoS2和GaSe，氧化物半導(dǎo)體例如CuO和Cu20。術(shù)語(yǔ)半導(dǎo)體包括本征半導(dǎo)體和非本征半導(dǎo)體，所述非本征半導(dǎo)體中摻入一種或多種選擇的材料以提供可用于特定用途或裝置的有益的電子特征，其包括摻入P-型材料的半導(dǎo)體和摻入η-型材料的半導(dǎo)體。術(shù)語(yǔ)半導(dǎo)體包括含有半導(dǎo)體和/或摻雜劑的復(fù)合材料?？捎糜谝恍?shí)施方案的具體的半導(dǎo)體材料包括但不限于Si、Ge、Se、金剛石、富洛倫尼斯、SiC, SiGe、SiO、SiO2, SiN、AlSb、AlAs、Alin、AIN、A1P、A1S、BN、BP、BAs、As2S3、GaSb、GaAs、GaN、GaP、GaSe、InSb、InAs, InN、InP、CsSe、CdS、CdSe、CdTe、Cd3P2、Cd3As2、Cd3Sb2、ZnO、ZnSe、ZnS、ZnT e、Zn3P2、Zn3As2、Zn3Sb2、ZnS iP2、CuCl、PbS、PbSe、PbTe、FeO、FeS2' NiO、EuO, EuS、PtSi、TlBr、CrBr3, SnS、SnTe、PbI2, MoS2' GaSe, CuO, Cu2O, HgS, HgSe,HgTe, HgI2' MgS, MgSe、MgTe、CaS, CaSe, SrS、SrTe, BaS, BaSe, BaTe, SnO2, TiO、TiO2, Bi2S3'Bi203、Bi2Te3、Bil3、U02、U03、AgGaS2、PbMnTe、BaTiO3、SrTiO3> LiNbO3、La2CuO4、La0 7Ca0 3Mn03>CdZnTe、CdMnTe、CuInSe2、銅銦鎵硒化物(CIGS)、HgCdTe、HgZnTe、HgZnSe、PbSnTe、Tl2SnTe5'Tl2GeTe5, AlGaAs、AlGaN、AlGaP, AlInAs、AllnSb、AllnP、AlInAsP, AlGaAsN, GaAsP, GaAsN、GaMnAs> GaAsSbN、GalnAs、GalnP、AlGaAsSb> AlGaAsP、AlGalnP、GalnAsP、InGaAs> InGaP、InGaN、InAsSb > InGaSb > InMnAs > InGaAsP> InGaAsN、InAlAsN> GaInNAsSb > GaInAsSbP 及其任 意組合。多孔硅半導(dǎo)體可用于本文所述的多個(gè)方面。半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)是所述半導(dǎo)體材料之外的原子、元素、離子和/或分子，或者提供到所述半導(dǎo)體材料的任意摻雜劑。雜質(zhì)是出現(xiàn)在半導(dǎo)體材料中可能對(duì)半導(dǎo)體材料的電子特征具有副作用的不需要的材料，其包括但不限于氧、碳和金屬包括重金屬。重金屬雜質(zhì)包括但不限于元素周期表中介于銅和鉛之間的元素、鈣、鈉及其所有的離子、化合物和/或絡(luò)合物?！鞍雽?dǎo)體組件”廣義上是指任何半導(dǎo)體材料、組合物或結(jié)構(gòu)，其包括高質(zhì)量的單晶半導(dǎo)體和多晶半導(dǎo)體、通過高溫處理焊接的半導(dǎo)體材料、摻有雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料、無機(jī)半導(dǎo)體以及復(fù)合半導(dǎo)體材料。“組件”廣義上是指裝置的獨(dú)立的部分?！盎ミB物”是組件的一個(gè)實(shí)例，其是指能夠與另一個(gè)組件或在組件之間建立電接觸的一個(gè)電子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。具體而言，互連物可以在分離的組件之間建立電接觸。依據(jù)所需要的裝置、操作和應(yīng)用，互連物可由適合的材料制成。適合的傳導(dǎo)材料包括半導(dǎo)體。其他組件包括但不限于薄膜晶體管(TFT)、晶體管、電極、集成電路、電路元件、控制元件、微處理器、換能器、島、橋及其組合。例如，組件可以連接到本領(lǐng)域公知的一個(gè)或多個(gè)接觸墊例如通過金屬蒸發(fā)、引線接合以及應(yīng)用固體或?qū)щ娔z。“中性機(jī)械平面”(NMP)是指裝置的以橫向b和縱向I存在的假想的平面。所述NMP對(duì)彎曲應(yīng)力的敏感性小于處于沿所述裝置垂直的h軸的更末端位置的和/或位于所述裝置更易彎曲的層中的所述裝置的其他平面。因此，所述NMP的位置是通過所述裝置的厚度和形成所述裝置的層的材料確定的?！耙恢碌摹笔侵竷蓚€(gè)或多個(gè)目標(biāo)、平面或表面的相對(duì)位置，所述表面例如存在于層中或與其相鄰的表面例如中性機(jī)械平面，所述層例如功能層、基質(zhì)層或其他層。在一個(gè)實(shí)施方案中，中性機(jī)械平面是相對(duì)于對(duì)應(yīng)變(strain)最敏感的層或所述層中的材料定位的?！熬o鄰的”是指兩個(gè)或多個(gè)目標(biāo)、平面或表面的相對(duì)位置，例如與層的位置緊密地相鄰的中性機(jī)械平面，所述層例如仍然提供需要的一致性但對(duì)所述應(yīng)變敏感材料的物理特征沒有不利影響的功能層、基質(zhì)層或其他層。“應(yīng)變敏感的”是指材料在相對(duì)低水平的應(yīng)變下出現(xiàn)斷裂或損傷。一般來說，將具有高應(yīng)變敏感性并因此易于成為第一個(gè)易碎層的層置于所述功能層中，例如含有相對(duì)易碎的半導(dǎo)體或其他應(yīng)變敏感的裝置元件的功能層。不需要將與層緊鄰的中性機(jī)械平面束縛在所述層之中，但是可將其緊鄰或足夠靠近放置以當(dāng)所述裝置與組織表面保形時(shí)提供降低所述應(yīng)變敏感裝置元件上的應(yīng)變的功能性益處?！半娮友b置” 一般是指集成多個(gè)組件并包括大面積的電子裝置、印刷線路板、集成電路、組件陣列、生物的和/或化學(xué)的傳感器以及物理傳感器(例如溫度等)的裝置。“傳感”是指檢測(cè)物理和/或化學(xué)特征的存在、不存在、量、大小或強(qiáng)度?？捎糜趥鞲械碾娮友b置組件包括但不限于電極元件、化學(xué)或生物傳感元件、PH傳感器、溫度傳感器以及電容傳感器?！膀?qū)動(dòng)”是指刺激、控制或者影響外部結(jié)構(gòu)、材料或流體例如生物組織。可用于驅(qū)動(dòng)的電子裝置組件包括但不限于電極元件、電磁輻射元件、發(fā)光二極管、激光器以及加熱元件。
“島”是指含有多個(gè)半導(dǎo)體組件的電子裝置中相對(duì)剛性的組件?！皹颉笔侵笇蓚€(gè)或多個(gè)島或者一個(gè)島與另一個(gè)組件互連的結(jié)構(gòu)。具體的橋結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體互連物。“包封”是指將一個(gè)結(jié)構(gòu)定位(orientation),以使其至少部分,在一些情況下完全，被一個(gè)或多個(gè)其他的結(jié)構(gòu)包圍?！安糠直话狻笔侵笇⒁粋€(gè)結(jié)構(gòu)定位，以使其部分被一個(gè)或多個(gè)其他的結(jié)構(gòu)包圍。“完全被包封”是指將一個(gè)結(jié)構(gòu)定位，以使其完全被一個(gè)或多個(gè)其他的結(jié)構(gòu)包圍。本發(fā)明包括具有部分或完全被包封的無機(jī)半導(dǎo)體組件和/或電極的可植入
>J-U ρ α裝直?！捌琳蠈印笔侵甘箖蓚€(gè)或多個(gè)其他組件在空間上分離或者將組件與所述裝置外部的結(jié)構(gòu)、材料或流體在空間上分離的組件。在一個(gè)實(shí)施方案中，屏障層包封一個(gè)或多個(gè)組件，在一些實(shí)施方案中，屏障層使一個(gè)或多個(gè)組件與水性溶液、生物組織或其二者分離。可以將屏障層以及任選基質(zhì)上的犧牲層蝕刻以產(chǎn)生“網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”，其中將所述屏障層的至少一部分以及任選所述基質(zhì)上的犧牲層除去。例如，將距離無機(jī)半導(dǎo)體組件或附加組件約10納米或更多的所述屏障層的一部分除去。除去所述屏障層的至少一部分以及任選所述基質(zhì)上的犧牲層可以產(chǎn)生α)所述屏障層內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)孔和/或(ii)在近端被屏障層物理連接并在遠(yuǎn)端物理分離的電子組件。在一個(gè)實(shí)施方案中，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以被置于到鄰接的生物可吸收基質(zhì)上，其在布置到生物環(huán)境的過程中為所述裝置提供結(jié)構(gòu)支持。“鄰接的”是指材料或?qū)右赃B續(xù)的順序完全接觸或連接。在一個(gè)實(shí)施方案中，沒有將可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的鄰接層蝕刻以除去最初提供的材料或?qū)拥目捎^部分(例如10%或更多)。“有源電路”和“有源電路系統(tǒng)”是指為實(shí)施具體的功能配置的一個(gè)或多個(gè)組件。可用的有源電路包括但不限于放大器電路、倍增電路、限流電路、集成電路、晶體管和晶體管陣列?！盎|(zhì)”是指具有能夠支持一個(gè)或多個(gè)組件或電子裝置的表面例如接受表面的材料、層或其他結(jié)構(gòu)。“結(jié)合”到所述基質(zhì)的組件是指與所述基質(zhì)物理接觸并且相對(duì)于其所結(jié)合的所述基質(zhì)表面基本上不能移動(dòng)的組件。相反，未結(jié)合的組件或組件的部分是相對(duì)于所述基質(zhì)基本上能夠移動(dòng)的?！吧锟晌盏摹笔侵敢子诒惶烊淮嬖谟谏锃h(huán)境中的試劑分解成為更低分子量的化學(xué)成分的材料。在體內(nèi)應(yīng)用中，所述化學(xué)成分可以被吸收進(jìn)入人或動(dòng)物組織。“基本完全地”被吸收的生物可吸收材料可被高度吸收(例如95%被吸收、98%被吸收、99%被吸收、99. 9%被吸收或99. 99%被吸收)，但沒有被完全(即100%)吸收。“生物相容的”是指材料被放置到體內(nèi)生物環(huán)境中后不會(huì)引發(fā)免疫排斥或有害效應(yīng)。例如，將生物相容的基質(zhì)植入人或動(dòng)物后，指示免疫應(yīng)答的生物標(biāo)志物相對(duì)于基線值的變化小于10%、小于20%、小于25%、小于40%或小于50%。“生物惰性”是指材料被放置到體內(nèi)生物環(huán)境中后不會(huì)弓I發(fā)人或動(dòng)物的免疫應(yīng)答。例如，將生物惰性材料植入人或動(dòng)物后，指示免疫應(yīng)答的生物標(biāo)志物基本上保持恒定(基線值 ±5%)。“納米結(jié)構(gòu)化的接觸表面”和“微米結(jié)構(gòu)化的接觸表面”分別是指具有納米尺寸的和微米尺寸的凸起部分的裝置表面，其用于接觸和刺入靶組織并提高所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置和所述靶組織之間的粘合。所述凸起部分從所述裝置表面的實(shí)質(zhì)地鄰接的平面延伸長(zhǎng)度X。對(duì)于結(jié)構(gòu)化的接觸表面的定量描述符包括表面粗糙度參數(shù)例如Rmax、Ra以及均一化的 粗糙度(Ra/Rmax)，其全部可以通過原子力顯微鏡(AFM)測(cè)定。Rmax是最高峰到最低谷之間的最大高度。Ra是中心線平均粗糙度，其是粗糙度曲線的中心線到所述粗糙度曲線的偏差的絕對(duì)值的平均值。對(duì)于本公開的目的，如果所述表面的Ra值是IOOnm或更小，所述基質(zhì)或屏障層的表面是“基本上光滑的”。對(duì)于本公開的目的，如果所述表面的Ra值大于IOOnmJlJ認(rèn)為所述表面是“結(jié)構(gòu)化的表面”。結(jié)構(gòu)化的表面可以包含倒刺、刺突、突起及其任意組合中的至少一個(gè)特征。“電介質(zhì)”是指非傳導(dǎo)的或者絕緣的材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，無機(jī)電介質(zhì)包括基本上不含碳的電介質(zhì)材料。無機(jī)電介質(zhì)材料具體的實(shí)例包括但不限于氮化硅、二氧化硅以及聚合物?！熬酆衔铩笔侵赣晒矁r(jià)化學(xué)鍵連接的重復(fù)結(jié)構(gòu)單位組成的大分子或者一個(gè)或多個(gè)單體的聚合產(chǎn)物，其通常以大分子量為特性。術(shù)語(yǔ)聚合物包括同聚物或者主要由單個(gè)重復(fù)單體亞基組成的聚合物。術(shù)語(yǔ)聚合物還包括共聚物或者主要有兩個(gè)或多個(gè)單體亞基組成的聚合物例如無規(guī)共聚物、塊狀共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物、錐形共聚物以及其他共聚物?？捎玫木酆衔锇ㄓ袡C(jī)聚合物或無機(jī)聚合物，其可以是非結(jié)晶的、半不定形的、結(jié)晶的或者部分結(jié)晶的狀態(tài)。在一些應(yīng)用中，具有連接的單體鏈的交聯(lián)的聚合物是尤其有用的。所述方法、裝置和組件中可用的聚合物包括但不限于塑料、彈性體、熱塑性彈性體、彈性塑料、熱塑性塑料以及丙烯酸酯。示例性聚合物包括但不限于縮醛聚合物、生物可降解聚合物、纖維素聚合物、氟聚合物、尼龍、聚丙烯腈聚合物、聚酰胺-酰亞胺聚合物、聚酰亞胺、聚芳酯、聚苯并咪唑、聚丁烯、聚碳酸酯、聚酯、聚醚酰亞胺、聚乙烯、聚乙烯共聚物、以及改性聚乙烯、聚酮、聚(甲基異丁烯酸)、聚甲基戊烯、聚苯醚以及聚苯硫醚、聚酞酰胺、聚丙烯、聚氨酯、苯乙烯樹脂、砜基樹脂、乙烯基樹脂、橡膠(包括天然橡膠、苯乙烯-丁二烯、聚丁二烯、氯丁橡膠、乙烯-丙烯、丁基合成橡膠、腈、硅酮)、丙烯酸樹脂、尼龍、聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚烯烴或其任意組合?！皬椥泽w壓印器”和“彈性體轉(zhuǎn)移裝置”可以互換使用，是指具有能夠接受和轉(zhuǎn)移材料的表面的彈性體材料。示例性彈性體轉(zhuǎn)移裝置包括壓印器、模具和掩模。所述轉(zhuǎn)移裝置會(huì)影響和/或促進(jìn)從供體材料到受體材料的材料轉(zhuǎn)移。
“彈性體”是指可以被拉伸或變形并且能夠恢復(fù)到原始形狀而不會(huì)實(shí)質(zhì)上永久變形的聚合材料。彈性體通常會(huì)承受大量的彈性形變?？捎玫膹椥泽w包括含有聚合物、共聚物、復(fù)合材料或者聚合物和共聚物的混合物的彈性體。彈性體層是指含有至少一種彈性體的層。彈性體層還可以包括摻雜劑和其他非彈性材料?？捎玫膹椥泽w包括但不限于熱塑性彈性體、苯乙烯材料、烯族材料、聚烯烴、聚氨酯熱塑性彈性體、聚酰胺、合成橡膠、PDMS、聚丁二烯、聚異丁烯、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、聚氨酯、聚氯丁烯和硅酮。在一些實(shí)施方案中，彈性體壓印器含有彈性體。示例性彈性體包括但不限于含硅的聚合物例如聚硅氧烷包括聚(二甲基硅氧烷)(即PDMS和h-PDMS)、聚(甲基硅氧烷)、部分烷基化的聚(甲基硅氧烷)、聚(烷基甲基硅氧烷)和聚(苯基甲基硅氧烷)、硅改性彈性體、熱塑性彈性體、苯乙烯材料、烯族材料、聚烯烴、聚氨酯熱塑性彈性體、聚酰胺、合成橡膠、聚異丁烯、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、聚氨酯、聚氯丁烯和硅酮。在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物是彈性體?！斑m合的”是指裝置、材料或基質(zhì)具有足夠低的彎曲剛度，以允許所述裝置、材料或基質(zhì)形成任何需要的外形例如能夠與具有凸起部分的表面保形接觸的外形。在具體的實(shí)施方案中，需要的外形是生物環(huán)境中的組織的外形。·
“保形接觸”是指在裝置和接受表面之間建立的接觸，所述接受表面可以是例如生物環(huán)境中的靶組織。在一個(gè)方面，保形接觸包括可植入裝置的一個(gè)或多個(gè)表面(例如接觸表面)對(duì)組織表面的整體形狀的宏觀適應(yīng)。在另一方面，保形接觸包括能夠形成基本不含空隙的緊密接觸的可植入裝置的一個(gè)或多個(gè)表面(例如接觸表面)對(duì)組織表面的微觀適應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，保形接觸包括所述可植入裝置的接觸表面對(duì)組織的接受表面的適應(yīng)，以形成緊密接觸例如所述可植入裝置的接觸表面中沒有與所述接受表面物理接觸的表面積小于20%，任選沒有與所述接觸表面物理接觸的所述可植入裝置的接觸表面小于10%，任選沒有與所述接觸表面物理接觸的所述可植入裝置的接觸表面小于5%。“楊氏模量”是材料、裝置或?qū)拥臋C(jī)械性能，其是指給定物質(zhì)的應(yīng)力與應(yīng)變的比率。楊氏模量可以如下公式表示
P (stress) (ΙΛ(F/1XE — 7—.......-...................I — ———，(I)
(strain)、AL 人 d J其中E是楊氏模量，L0是平衡長(zhǎng)度，AL是施加應(yīng)力下的長(zhǎng)度變化量，F(xiàn)是施加的力，A是施加所述力的面積。楊氏模量也可以通過如下等式用Lame常數(shù)表示 E ; + ,(!I)
X -￥ fl其中λ和μ是Lame常數(shù)。高楊氏模量(或“高模量”)和低楊氏模量(或“低模量”)是給定材料、層或裝置的楊氏模量大小的相對(duì)描述符。在一些實(shí)施方案中，高楊氏模量大于低楊氏模量，在一些應(yīng)用中優(yōu)選為約10倍,在另一些應(yīng)用中更優(yōu)選為約100倍,在一些應(yīng)用中甚至更優(yōu)選為約1000倍。在一個(gè)實(shí)施方案中，低模量層的楊氏模量小于IOOMpa,任選小于IOMpa,任選該楊氏模量選自O(shè). IMpa到50MPa。在一個(gè)實(shí)施方案中，高模量層的楊氏模量大于lOOMpa，任選大于lOGpa，任選該楊氏模量選自IGpa到lOOGPa?！安痪鶆驐钍夏Ａ俊笔侵覆牧暇哂械臈钍夏Ａ吭诳臻g上變化(例如隨表面位置變化)。具有不均勻楊氏模量的材料任選可以以所述整個(gè)材料的總楊氏模量或平均楊氏模量描述?！暗湍Ａ俊笔侵覆牧系臈钍夏Ａ啃∮诨虻扔贗OMpa,小于或等于5Mpa,或者小于或等于 IMpa?！皬澢鷦偠取笔遣牧?、裝置或?qū)拥臋C(jī)械性能，用于描述所述材料、裝置或?qū)訉?duì)施加的彎矩的抗性。一般來說，將彎曲剛度定義為所述材料、裝置或?qū)拥哪Ａ颗c慣性面積矩的乘積。具有不均勻彎曲剛度的材料任選可以用所述材料的整個(gè)層的總彎曲剛度或平均彎曲剛度描述。 本文所述的是用于在生物環(huán)境中傳感靶組織相關(guān)的參數(shù)和/或驅(qū)動(dòng)靶組織的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置，以及用于制造和使用所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的方法。這些裝置能夠整合到生物組織的軟的、彎曲的表面，并且可用于實(shí)時(shí)地且以高空間精度地檢測(cè)和/或治療醫(yī)學(xué)病癥。所述公開的裝置和方法還包括特別適合在體內(nèi)檢測(cè)和/或驅(qū)動(dòng)組織的裝置和方法。所述方法依賴于可溶的、生物相容的且生物可吸收的基質(zhì)，其中溶解和毛細(xì)管力可驅(qū)動(dòng)包裹過程。純的接地電極系統(tǒng)可用于證明這些系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和潛在方面，但是同樣的方法也與全部有源電子裝置和光電子裝置相兼容。下面參考附圖對(duì)可植入生物醫(yī)學(xué)裝置及制造和使用所述裝置的方法進(jìn)行描述。為清楚起見，圖中多個(gè)項(xiàng)可能沒有標(biāo)記，所述圖可能不是按比例畫的。多個(gè)圖中同樣的編號(hào)代表同樣的項(xiàng)，用括號(hào)標(biāo)出編號(hào)的項(xiàng)例如可植入生物醫(yī)學(xué)裝置100(1)-100(7)代表同一類中的個(gè)體，其也可能廣義地標(biāo)記成不用括號(hào)，例如可植入生物醫(yī)學(xué)裝置100。圖Ia示出了具有多個(gè)電子互連物106和電極108——其構(gòu)成電子裝置的一部分——的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置100(1)的頂平面圖，其被置于由生物可吸收基質(zhì)102(1)支持的屏障層104(1)上或者被包封于其中。將異性導(dǎo)電膜(ACF)纜線110連接到可植入生物醫(yī)學(xué)裝置100(1)使得可以與電路板112通信，電路板112可用于與已知軟件、存儲(chǔ)裝置、用戶界面以及電源(未示出)連接以分析從裝置100(1)獲得的數(shù)據(jù)和/或以遞送電磁輻射至裝置100 (I)0圖Ib示出了通過由線B-B確定的平面截取的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置100 (I)的橫截面。互連物106被包封在屏障層104(1)中，并且與所述裝置的中性機(jī)械平面(NMP)重合。圖Ic示出了通過由線C-C確定的平面截取的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置100 (I)的橫截面?；ミB物106仍然位于屏障層104(1)中，但是電極108顯不為暴露于環(huán)境中。在其他實(shí)施方案中(未示出)，包括電極108在內(nèi)的整個(gè)電子裝置都可以被包封在屏障層中。圖2提供了具有包括垂直尺度或高度h、橫向尺度或?qū)挾萣以及縱向尺度或長(zhǎng)度L的物理尺度的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置100(1)的頂透視圖?？芍踩肷镝t(yī)學(xué)裝置100(I)可以具有任何規(guī)則或不規(guī)則的形狀，但是通常是正方形或矩形的形式。圖3示出了具有形成電子裝置的一部分的島302和橋304的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置100(2)的頂平面圖。島302和橋304至少部分被屏障層104(2)包封，并且由生物可吸收基質(zhì)102(2)支持。例如，島302可以是由橋304連接的剛性半導(dǎo)體組件，其可以具有起伏的、蜿蜒的或曲折的構(gòu)型以使其具有高度的柔性、可彎曲性、適應(yīng)性或可壓性。橋304可以被完全置于所述島的平面內(nèi)，或者橋304的至少一部分可以垂直地延伸超出所述島的平面，使得在每個(gè)橋304的至少一部分的下方存在空隙。圖4示出了除具有生物可吸收基質(zhì)102 (3)、屏障層104 (3)和電子裝置組件404例如互連物、電極、島和橋等之外還具有生物相容層402的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置100(3)的側(cè)平面圖。圖5a和5b提供了具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置100(4)和100(5)的示意圖。圖5a示出了具有觸角網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的電子裝置，其中半導(dǎo)體組件502至少部分被屏障層和/或生物相容層508包封。層508與半導(dǎo)體組件502的近端504在物理上連接，但是與半導(dǎo)體組件502的遠(yuǎn)端506在物理上分離。在一些實(shí)施方案中，每個(gè)半導(dǎo)體組件502在其遠(yuǎn)端506與各個(gè)其他半導(dǎo)體組件分離。在其他實(shí)施方案中，兩個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體組件502的組可以與相鄰的半導(dǎo)體組件502的其他組在物理上分離。生物可吸收基質(zhì)102(4)為所述網(wǎng)狀電子裝置提供支持。圖5b示出了具有多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的電子裝置，其中島302和橋304形式的半導(dǎo)體組件至少部分被屏障層和/或生物相容層510包封。層510中含有孔512，層510的孔512中的材料已經(jīng)例如通過反應(yīng)離子蝕刻法被除去。生物可吸收基質(zhì)102(5)為所述網(wǎng)狀電子裝置提供支持。多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不限于含有島和橋的電子裝置?？梢詮谋疚乃龅娜魏坞娮友b置中除去屏障層和/或生物相容層的材料以形成孔。例如，蝕刻除去半導(dǎo)體組件502 之間的材料但是留下連接的近端504和遠(yuǎn)端506的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置100 (4)(圖5a)會(huì)形成多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。圖6提供了流程框圖600，示出制造具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置100例如100(4)和100(5)的示例性步驟。在步驟604中，在基質(zhì)上提供了犧牲層。在步驟606中將第一電介質(zhì)層涂布到所述基質(zhì)上的犧牲層，并且在步驟608中將至少一個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件放置或者裝配到所述第一電介質(zhì)層上。在步驟610中，將所述至少一個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件的一部分用第二電介質(zhì)層覆蓋，以產(chǎn)生具有暴露的遠(yuǎn)端的被覆蓋的無機(jī)半導(dǎo)體組件。在步驟612中，將電極放置到與所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的暴露遠(yuǎn)末端在物理上接觸的位置。然后，在步驟614中將所述第一電介質(zhì)層和第二電介質(zhì)層除去以產(chǎn)生網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在步驟616中，將所述基質(zhì)上的犧牲層除去(例如溶解掉或蝕刻掉)，以留下基本上不含基質(zhì)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在步驟618中將所述基本上不含基質(zhì)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到生物可吸收基質(zhì)，例如使用轉(zhuǎn)印如干接觸轉(zhuǎn)印。圖7提供了流程框圖700，示出將生物醫(yī)學(xué)裝置100植入并任選使用所述植入的生物醫(yī)學(xué)裝置驅(qū)動(dòng)靶組織和/或傳感與所述靶組織相關(guān)的參數(shù)的示例性步驟。在步驟704中，提供可植入生物醫(yī)學(xué)裝置100。然后，在步驟706中使所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置與生物環(huán)境中的靶組織接觸，并且在步驟708中所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置中的生物可吸收基質(zhì)至少部分被吸收，以建立所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置和所述靶組織之間的保形接觸。在任選的步驟710中，所述靶組織被驅(qū)動(dòng)。在任選的步驟712中，可以在所述靶組織的表面產(chǎn)生電壓、電磁輻射或電流。在另一個(gè)任選的步驟714中，可以傳感與所述靶組織相關(guān)的參數(shù)。在任選的步驟716中，可以測(cè)量所述靶組織表面的電壓、電磁輻射或電流。用于驅(qū)動(dòng)所述靶組織的步驟710和712以及用于傳感與所述靶組織相關(guān)的參數(shù)的步驟714和716不是互斥的。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的半導(dǎo)體組件的一部分可以驅(qū)動(dòng)所述靶組織，而另一部分傳感與所述靶組織相關(guān)的參數(shù)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的全部的半導(dǎo)體組件可以交替地傳感和驅(qū)動(dòng)，例如根據(jù)反饋回路。圖8a和8b示出了分別具有平坦接觸表面802和納米結(jié)構(gòu)化的或微米結(jié)構(gòu)化的接觸表面804的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置100(6)和100(7)的側(cè)平面圖。如圖8所示，屏障層104與所述靶組織接合。但是，在可選擇的實(shí)施方案中，生物可吸收基質(zhì)102可以與所述靶組織接合，并且生物可吸收基質(zhì)102可以是平坦的或者結(jié)構(gòu)化的。結(jié)構(gòu)化的接觸表面804具有納米尺寸的或微米尺寸的凸起部分806例如倒刺808、刺突810和突起812，其可以從可植入生物醫(yī)學(xué)裝置100(7)的表面延伸長(zhǎng)度X。在一些實(shí)施方案中，可植入生物醫(yī)學(xué)裝置有利地利用絲作為生物可吸收基質(zhì)。薄膜形式的絲是生物相容的、FDA批準(zhǔn)的、光學(xué)透明的、機(jī)械魯棒的(高機(jī)械模量和韌度)以及柔性的。它還與水加工相容，其保留了敏感的電子功能并且能夠進(jìn)行化學(xué)和生物學(xué)功能化。存在多種氨基酸側(cè)鏈促進(jìn)了用于將絲功能化的耦合化學(xué)作用。絲還是水溶性的，其可設(shè)計(jì)控制的蛋白水解生物降解(產(chǎn)生非炎性的氨基酸)速率范圍從數(shù)分鐘，到數(shù)小時(shí)，至數(shù)年。其他一些顯示具有與絲相似的特征或類似于絲的性質(zhì)的天然聚合物包括但不限于殼聚糖、膠原、明膠、瓊脂糖、甲殼質(zhì)、聚羥基脂肪酸酯、普魯蘭(pullan)、淀粉(直鏈淀粉、支鏈淀粉)、纖維素、透明質(zhì)酸或其任意組合。
絲可以從多種天然來源獲得，例如從家蠶(Bombyx mori)或金絲蜘蛛(Nephilaclavipes)獲得。本發(fā)明的實(shí)施方案所用的絲溶液可以從例如含有溶解的蠶絲(例如來自家蠶)、溶解的蜘蛛絲(例如來自金絲蜘蛛)的溶液或者含有重組絲(例如來自細(xì)菌、酵母、哺乳動(dòng)物細(xì)胞、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物或者轉(zhuǎn)基因植物)的溶液中獲得。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述生物可吸收基質(zhì)的絲可以是絲蛋白，其由反向平行的β折疊組成并具有主要由重復(fù)氨基酸序列(Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala)n組成的初級(jí)結(jié)構(gòu)。已知絲蛋白以三種結(jié)構(gòu)排列，稱為絲Ι、Π和III。絲I是絲蛋白的天然的、非結(jié)晶的形式，如同從家蠶絲腺中釋放出的絲的結(jié)構(gòu)。絲II是指紡成的絲中的晶態(tài)排列的絲蛋白分子，其強(qiáng)度更大。絲III主要在絲蛋白溶液的界面(即空氣-水界面、水-油界面)處形成。在本公開的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置中，可以使用絲I、II和/或III。依據(jù)已發(fā)表的方法，絲基質(zhì)通常由來自家蠶繭的材料制備。見Sofia, S.，McCarthy, Μ. B.，GronowiczjG. & Kaplan, D. L. Functionalizedsilk-basedbiomaterials for bone formation. J. Biomed. Mater. Res. 54, 139-148 (2001) ; Perry, H.
，Gopinathj A.，Kaplan, D. L，Negro, L D. &0menetto，F(xiàn). G. Nano—and micropatterning ofoptically transparent, mechanically robust,biocompatible silk fibroin films.Adv. Mater. 20，3070-3072 (2008);以及 WO 2008/108838。簡(jiǎn)言之，將所述繭在 0. 02M 的碳酸鈉水溶液中煮沸60分鐘，除去絲膠蛋白，絲膠蛋白是一種在所述繭中結(jié)合絲蛋白細(xì)絲、但是能夠誘導(dǎo)不希望的免疫應(yīng)答的水溶性糖蛋白。在60°C用溴化鋰水溶液溶解所述絲蛋白纖維，隨后通過透析除去溴化鋰。離心然后微濾除去微粒以產(chǎn)生含有最少量污染物的8-10%絲蛋白溶液。使用替代的方法，可以用有機(jī)溶劑制備絲溶液，如WO 2008/108838所述，其在此以引用方式全文納入本文。在絲材料的制備中使用有機(jī)溶劑可以改變絲材料的生物相容性和物理特征。例如，將絲膜浸入有機(jī)溶劑例如甲醇中可以引起水合的或溶脹的結(jié)構(gòu)脫水，導(dǎo)致結(jié)晶并因此喪失在水中的溶解性。此外，使用有機(jī)溶劑可以使所述絲材料更少地被降解。如上所述，與水性溶劑相比，所述絲溶液中存在有機(jī)溶劑可以產(chǎn)生具有更多結(jié)晶結(jié)構(gòu)而不是無定形結(jié)構(gòu)的絲基質(zhì)。例如，這種現(xiàn)象可以用于控制所述絲的生物吸收速率。因此，依據(jù)所希望的吸收速率，可以使用任何適合的水溶液有機(jī)溶液的比例制備所述絲溶液，例如100%的水、約80%的水、約60%的水、約50%的水、約40%的水、約20%的水、約10%的水。另外的技術(shù)可以用于控制所述絲基質(zhì)的生物吸收速率。例如，通過改變基質(zhì)材料、基質(zhì)厚度、交聯(lián)、鏈間氫鍵合的程度或范德華力和/或分子排列(例如通過單軸或雙軸拉伸、紡成纖維和/或編織)可以改變吸收速率。在一個(gè)實(shí)施方案中，在裝置植入時(shí)可能需要快速吸收所述生物可吸收基質(zhì)?？衫缤ㄟ^用水或鹽水洗滌所植入的裝置來加快生物吸收。其他生物可吸收聚合物包括但不限于生物聚合物、合成聚合物、蛋白質(zhì)、多糖、聚癸二酸甘油酯(PGS)、聚二惡烷酮、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、膠原、殼聚糖或其任意組合，這些可以單獨(dú)用作生物可吸收基質(zhì)或者可以加入到所述絲溶液中以產(chǎn)生復(fù)合絲基質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，基質(zhì)含有約50體積％到約99. 99體積％的絲蛋白溶液以及約O. 01體積％到約50體積％的其他聚合物。
在一些方面中，本文所述的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置可以用于藥物遞送。在一個(gè)實(shí)施方案中，一種或多種治療劑以液體、凝膠、分散的固體或其他任意適合的物理形式可被包封在所述基質(zhì)材料中，以在所述基質(zhì)被吸收后被給予患者。為形成這些治療上增強(qiáng)的基質(zhì)材料，可以在形成所述基質(zhì)之前將所述絲或其他生物可吸收聚合物溶液與一種或多種治療劑以及任選的可藥用載體混合?？梢允褂貌蝗芙馑錾锟晌詹牧系娜魏嗡幬镙d體。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置被用于給予、遞送和/或活化提供給受試者的治療劑。在該方面的一個(gè)實(shí)施方案中，所述生物可吸收基質(zhì)是給予到生物環(huán)境和/或與靶組織接觸后釋放治療劑的多功能組件。例如，本發(fā)明包括具有包埋的治療劑的生物可吸收基質(zhì)，所述治療劑例如藥物(例如小分子治療藥物)、納米微粒和/或生物分子例如蛋白質(zhì)、肽、寡核苷酸(例如DNA或RNA)等。本發(fā)明的這一方面可用于一系列治療應(yīng)用，包括控釋治療劑和/或靶向給予治療劑到選擇的組織類型。在這些實(shí)施方案中，所述治療劑的釋放可以通過由吸收與靶組織接觸的生物可吸收基質(zhì)所介導(dǎo)的過程而發(fā)生。本發(fā)明包括可植入裝置和系統(tǒng)，其中所述電子裝置組件經(jīng)熱方式介導(dǎo)治療劑從所述生物可吸收基質(zhì)的釋放，所述熱方式例如通過局部加熱所述可植入裝置的組件例如所述生物可吸收基質(zhì)。本發(fā)明包括可植入裝置和系統(tǒng)，其中所述電子裝置組件經(jīng)如下過程介導(dǎo)治療劑從所述生物可吸收基質(zhì)釋放，所述過程即由產(chǎn)生和控制局部電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的過程例如用于釋放蛋白質(zhì)或肽的電泳過程。本發(fā)明包括可植入裝置和系統(tǒng)，其中所述電子裝置組件經(jīng)由吸收電磁輻射驅(qū)動(dòng)的過程介導(dǎo)治療劑從所述生物可吸收基質(zhì)的釋放和/或活化。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述可植入裝置包括能夠在從所述生物可吸收基質(zhì)釋放的過程中和/或釋放以后以光學(xué)方式激活治療劑的電子裝置組件例如激光或LED陣列。本發(fā)明的該方面可用于治療應(yīng)用，包括光療?？膳c本文所述的裝置結(jié)合使用的治療劑包括但不限于小分子；蛋白質(zhì)；肽；核苷酸；核酸；碳水化合物；單糖；細(xì)胞；基因；抗血栓藥；抗代謝藥物；抗凝血?jiǎng)豢褂薪z分裂物質(zhì)；纖溶劑；抗炎留體；單克隆抗體；維生素；鎮(zhèn)靜劑；類固醇；催眠劑；抗感染藥例如抗生素和抗病毒劑；化學(xué)治療劑(即抗癌劑);前列腺素；放射性藥物；抗排斥反應(yīng)藥；鎮(zhèn)痛藥；抗炎藥；激素例如類固醇；生長(zhǎng)因子(抑制因子和促進(jìn)因子)例如表皮生長(zhǎng)因子、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、血小板衍生的生長(zhǎng)因子、胰島素樣生長(zhǎng)因子、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子；抗血管生成蛋白質(zhì)例如內(nèi)皮他丁(endostatin)、多糖、糖蛋白、脂蛋白及其任意組合。例如，當(dāng)接受來自植入到治療位點(diǎn)的生物醫(yī)學(xué)裝置的電磁輻射后，通過體內(nèi)生物環(huán)境循環(huán)的治療藥物可以被激活。具體地，可以使用電磁波譜的紫外線和可見光區(qū)內(nèi)的能量。通過下述非限制性實(shí)施例可以進(jìn)一步理解本發(fā)明。實(shí)施例I絲上的硅電子裝置作為至生物可吸收的可植入裝置的路徑許多已經(jīng)存在的和設(shè)想中的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的類型需要高性能電子裝置/傳感器。避免生物相容性中一些長(zhǎng)期挑戰(zhàn)的方法包括隨著時(shí)間的推移其系統(tǒng)的一些部分或全部在體內(nèi)被吸收的構(gòu)造體。該實(shí)施例描述將單個(gè)的晶體硅電子裝置集成到水溶的且生物相容的絲基質(zhì)上的策略，其中所述硅是納米膜的形式。對(duì)于電、彎曲、水溶解和動(dòng)物毒性的 研究表明，該方法可以為將來的生物醫(yī)學(xué)裝置和臨床應(yīng)用提供許多可能性。先進(jìn)的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置在臨床應(yīng)用中具有很大的潛力。允許插入到體內(nèi)以建立與多種器官的彎曲表面的保形接觸的系統(tǒng)必須是柔性的和生物相容的。所述保形特征和柔性特征可以通過最近報(bào)道的有機(jī)的、無機(jī)的和基于納米材料的電子裝置實(shí)現(xiàn)。另一方面，由于對(duì)許多有機(jī)和無機(jī)材料的生物學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性，達(dá)到生物相容性可能具有挑戰(zhàn)。能夠在很大程度上避免該長(zhǎng)期問題的理想解決方案包括用可溶的和可生物降解的材料構(gòu)建所述電子裝置，這樣隨著時(shí)間的推移所述裝置只是會(huì)消失或被吸收?；蛘撸梢詫⑺鲅b置的很大一部分設(shè)計(jì)為被吸收，從而只留下足夠小量的材料以使至于其誘導(dǎo)的生物應(yīng)答是可忽略的。該方法的優(yōu)勢(shì)在于其不需要開發(fā)整套生物可降解電子材料，但是仍然能夠生產(chǎn)以適于所述應(yīng)用的速率消耗整體材料部分的完整系統(tǒng)。該實(shí)施例描述了基于硅納米膜的硅電子裝置與絲蛋白的生物可降解薄膜基質(zhì)的結(jié)合，用于產(chǎn)生大部分可在體內(nèi)被吸收的柔性系統(tǒng)和裝置。使用硅提供了高性能、良好的可靠性、以及操作魯棒性。因?yàn)轸敯舻臋C(jī)械性能、調(diào)節(jié)溶解的能力和/或從數(shù)小時(shí)到數(shù)年的生物降解速率、形成非炎性氨基酸降解產(chǎn)物以及可選擇在環(huán)境條件下制備所述材料以保持敏感的電子功能，所以絲與其他生物可降解聚合物例如聚乙醇酸、聚(L-乳酸)以及膠原相比具有吸引力。圖9示出了構(gòu)建過程示意圖。硅單晶納米膜(厚度約260 nmP-型，SOITEC，F(xiàn)rance)用于構(gòu)建聚酰亞胺(PI)超薄片上的晶體管。簡(jiǎn)言之，將摻雜硅納米膜轉(zhuǎn)印到被鑄塑到硅晶片(即用于加工的載體晶片)上的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，約IOOnm, A2PMMA, MicroChem, USA)的薄犧牲層上的 PI (PI,約 I. 2 μ m, Sigma Aldrich, USA)膜上。在轉(zhuǎn)印后，一系列制造過程(包括光刻、反應(yīng)離子蝕刻、等離子體增強(qiáng)的氧化物化學(xué)氣相沉積以及金屬的電子束蒸發(fā))形成由金屬線連接的硅金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管。接著，旋涂一層PI (約I. 2 μ m)以包封所述有源裝置并將其置于中性機(jī)械平面附近。干法蝕刻所述聚合物層以完成分離裝置陣列在PMMA上的裝配，如圖9(a)所示。接著，用丙酮溶解所述PMMA以從所述載體晶片釋放所述裝置。將這些裝置置于聚二甲基硅氧烷(PDMS，Sylgard184, Dow Corning, USA)轉(zhuǎn)移壓印器的表面上,如圖9 (b)所示。通過轉(zhuǎn)印將所述裝置遞送至硅基質(zhì)上的旋轉(zhuǎn)鑄塑絲膜(圖9(c))或游離絲膜(圖9(d))。為達(dá)到高效率的轉(zhuǎn)移，以2000rpm到3000rpm的旋轉(zhuǎn)速率旋涂30s將約7%的水性絲溶液旋涂到所述裝置的背面，同時(shí)在所述PDMS壓印器上。所述絲層作為轉(zhuǎn)移的粘合劑，所述轉(zhuǎn)移包括首先在熱板(約IlO0C)上建立與所述絲基質(zhì)的保形接觸，然后緩慢收回所述壓印器。如圖9(d)中示意圖所示，該過程產(chǎn)生了其中所述基質(zhì)是水溶的且可吸收、但所述裝置是不水溶的且不可吸收的系統(tǒng)。重要的一點(diǎn)是所述裝置可以在非常小的空間(是否互連依賴于所述應(yīng)用)、用非常小總量的材料構(gòu)建，以此提供最小化其對(duì)生物的影響的可能性。另外，可以將加工所述絲的模式設(shè)計(jì)為產(chǎn)生如此例中的快速溶解速率或者經(jīng)數(shù)年降解。圖10(a)示出了具有轉(zhuǎn)印的硅裝置的游離絲膜。圖10(a)的中圖和右圖表明了所述系統(tǒng)的機(jī)械柔性。在這些水平的彎曲(曲率半徑R約5_)下，沒有發(fā)現(xiàn)機(jī)械失敗或粘附失敗。據(jù)估計(jì)，所述彎曲在所述絲膜頂表面上誘導(dǎo)的應(yīng)變(約25μπι，彎曲半徑約5mm)為約
0.25%。電學(xué)測(cè)量典型的η通道裝置顯示出預(yù)期的性質(zhì)(圖10(b)中的實(shí)線)。這里，通道的長(zhǎng)度和寬度分別是13 μ m和10(^111，柵氧化層厚度是5011111。從圖10(b)的左圖的轉(zhuǎn)移曲線計(jì)算的電子遷移率、閾值電壓和開/關(guān)比分別是約500cm2/V S、約0.2V和>104。圖10(b)的右圖示出了在不同柵偏壓下電流-電壓特性。所述柵泄露電流小于10納安。而且，在將 所述絲基質(zhì)溶于水繼而將所述裝置過濾到濾紙上后表征所述nMOS晶體管(圖10(b)中的虛線)。即使在溶解后，所述晶體管發(fā)揮功能時(shí)特征只有適度改變。從所述轉(zhuǎn)移曲線估計(jì)的電子遷移率、閾值電壓和開/關(guān)比分別是約440cm2/V S、約O. 5V和>104。該溶解過程依賴于絲在水中分解、留下作為接下來被蛋白水解活性降解的產(chǎn)物的蛋白質(zhì)的能力。所得絲蛋白是美國(guó)食品和藥品管理局(FDA)批準(zhǔn)的能夠產(chǎn)生可用于細(xì)胞代謝功能的非炎性氨基酸降解產(chǎn)物的生物相容材料。此外，基于加工模式，可以調(diào)節(jié)所述絲基質(zhì)的機(jī)械性能以匹配所需的韌度水平。為闡明該過程，室溫條件下將典型的裝置浸入盛滿水的平皿后，在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)收集圖像。如圖11(a)和11(b)所示，觀測(cè)到約25 μ m厚的絲基質(zhì)在3分鐘內(nèi)完全溶解。圖11(c)示出了恢復(fù)到濾紙片上的裝置。由于大多數(shù)該類型的可植入裝置由所述基質(zhì)組成并且因?yàn)槭褂脴?biāo)準(zhǔn)微電子技術(shù)甚至可進(jìn)一步減小所述有源裝置的尺寸，溶解后只留下非常少的或者可忽略的不可吸收材料的剩余物。將相似類型的裝置植入到動(dòng)物中以確定所述炎性反應(yīng)。與以前的描述相似，此處所述裝置由摻雜硅、二氧化硅和用PI包封的金屬層構(gòu)成。由于已知PI和金是生物相容的，所以主要關(guān)注的是硅和二氧化硅。近期關(guān)于多孔的硅納米粒子和二氧化硅的報(bào)道表明用于晶體管的SiZSiO2組件具有生物相容性的可能性。為直接檢測(cè)該問題，將樣本皮下植入到小鼠(圖12左圖和中圖)并在兩周后回收。結(jié)果顯示，在該時(shí)間窗中所述膜部分溶解，并且在植入點(diǎn)周圍沒有發(fā)生任何炎癥。所述小鼠未顯示出任何形成膿腫或者液體聚集的跡象，并且可以觀察到所述絲載體到所述皮下層中的初始聚集。如圖12右圖所示，所述植入物的尺寸估計(jì)比原始植入裝置小約15%-20%，并且可觀察到幾個(gè)晶體管結(jié)構(gòu)的分離。雖然還需要其他研究，但是這些初始的體內(nèi)測(cè)試顯示出這種形式的生物可降解電子裝置的一些前景?？傊?，已經(jīng)開發(fā)了非傳統(tǒng)的材料加工和裝置制造方法，用于大部分被吸收但不是全部被吸收的一類可植入生物醫(yī)學(xué)裝置。所述系統(tǒng)將FDA批準(zhǔn)的生物材料基質(zhì)、絲和硅納米材料的電子裝置進(jìn)行組合。初步的體內(nèi)毒性和炎性評(píng)估顯示對(duì)活體動(dòng)物沒有有害影響。這種類型的技術(shù)可以開啟用于將高性能柔性電子裝置插入可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的多種可能的應(yīng)用。此外，由于絲是已知最堅(jiān)韌的纖維形式的天然生物聚合物，該基質(zhì)提供了可依據(jù)其開發(fā)多種此類可植入裝置的合適基礎(chǔ)基質(zhì)，其中組件的體內(nèi)壽命可以被調(diào)節(jié)為從短期到長(zhǎng)期，從數(shù)小時(shí)到數(shù)年。
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I.5mm且高度約400 μ m的底座的針的10X 10陣列)組成的刺入性微電極陣列對(duì)于BCI研究是寶貴的，但是其會(huì)損傷所述組織并且不能提供長(zhǎng)期的電界面穩(wěn)定性。以能夠最小化損傷并提供很大穩(wěn)定性改善的非刺入性的表面電極系統(tǒng)可以達(dá)到相當(dāng)?shù)腂CI性能。標(biāo)準(zhǔn)的臨床硬膜下電極陣列可用于BCI，但是其寬間距(約Icm)的、大接觸電極(直徑約O. 35cm)在空間上對(duì)腦表面上的電信號(hào)采樣不足。減小所述測(cè)量點(diǎn)的間隔和尺寸能夠通過提供對(duì)高時(shí)空頻率的信號(hào)的接入而提高BCI性能。但是，這種設(shè)計(jì)需要對(duì)高度卷曲的腦表面的極好保形覆蓋，以確保所述腦表面和所述電極之間的直接偶聯(lián)。減少所述基質(zhì)的厚度會(huì)降低所述彎曲剛度，以此提高保形接觸。遺憾的是，設(shè)計(jì)用于研究的臨床陣列、甚至最薄的裝置所具有的厚度(分別是700μπι和>10μπι)大于所需要的厚度。在常規(guī)設(shè)計(jì)中，超薄的幾何形狀(即〈ΙΟμπι;越薄越好)是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)樵谥圃旎蛑踩脒^程中所述膜不足以支持自身以被有效操作。另一個(gè)缺點(diǎn)是即使是非常薄的柔性系統(tǒng)也只能包裹具有零高斯曲率(即可展開的表面例如圓柱體和圓錐體)的形狀。組織例如腦的復(fù)雜表面不引入折疊或?qū)φ凼遣豢赡艿?。該?shí)施例通過組合使用高度開放的超薄電子裝置(低至〈3 μ m)和裝配在犧牲的、生物可吸收的絲蛋白基質(zhì)上的網(wǎng)狀物幾何結(jié)構(gòu)給出了對(duì)這兩個(gè)問題的解決方案?！?br> 絲對(duì)于該應(yīng)用是一種有吸引力的生物聚合物，因?yàn)槠涫枪鈱W(xué)透明的、機(jī)械魯棒的且柔性的薄膜形式；與水處理相容；能夠進(jìn)行化學(xué)和生物學(xué)功能化；并且其是生物相容的、生物可吸收的并且可以以可設(shè)計(jì)的溶解速率溶于水。此外，還證明了絲膜用作晶體管和多種類型的光電子裝置的平臺(tái)的能力。為本文所述的目的制備絲基質(zhì)的方法起始于來自家蠶繭的材料，然后依據(jù)公開的步驟進(jìn)行。簡(jiǎn)言之，將所述繭在O. 02M的碳酸鈉水溶液中煮沸60分鐘，以除去絲膠蛋白，絲膠蛋白是一種在所述繭中結(jié)合絲蛋白的細(xì)絲、但是能夠誘導(dǎo)不希望的免疫應(yīng)答的水溶性糖蛋白。在60°C用溴化鋰水溶液溶解所述絲蛋白纖維，隨后通過透析除去溴化鋰。離心然后微濾除去微粒以產(chǎn)生含有最少量污染的8-10%絲蛋白溶液。將少量所述溶液涂在平的聚二甲基硅氧烷(PDMS)片上，然后在空氣中結(jié)晶(約12h)，隨后將所得的均勻膜(厚度為20-50 μ m)(圖13a)從所述PDMS上取下，用于與分開制造的電子裝置集成。對(duì)于下述的系統(tǒng)，聚酰亞胺(PI)用作設(shè)計(jì)用于被動(dòng)神經(jīng)記錄的電極陣列的支持物。控制裝置由其他類似的布局構(gòu)成，但是其是使用標(biāo)準(zhǔn)光刻步驟直接應(yīng)用于厚度為25 μ m和75 μ m的市售PI膜(Kapton, DuPont)上形成的(圖14)。結(jié)合到所述陣列的一個(gè)末端的電極墊的各向異性導(dǎo)電膜(ACF)提供到所述外部數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的電連接(圖15)。由于有或無網(wǎng)狀物布局的超薄PI膜的極度的柔性和機(jī)械脆性，因而不能對(duì)其進(jìn)行有效操作以進(jìn)行加工、互連或植入到腦上。對(duì)于這些情況，將所述制造方法開發(fā)的PI層旋轉(zhuǎn)鑄塑到涂有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)犧牲膜的硅晶片上(圖13b的左圖)。制造所述電極后，對(duì)所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)裝置進(jìn)一步蝕刻以除去不需要的PI部分。通過用丙酮溶解所述PMMA層、將所述整套裝置轉(zhuǎn)印到絲膜上并使其與ACF連接、產(chǎn)生易于操作的生物可吸收神經(jīng)記錄系統(tǒng)來完成所述加工。參見圖13b中的示意圖和圖像。在所有情況下，所述電極陣列均由30個(gè)(6X5格局)測(cè)量電極(Au, 150nm)構(gòu)成，其中每個(gè)測(cè)量電極尺度均為500 μ mX 500 μ m并且間距2_。到每個(gè)電極的互連導(dǎo)線被薄的(約I. 2 μ m)PI涂層保護(hù)以阻止其與所述組織接觸。所述制造步驟的細(xì)節(jié)見方法部分。通過將所述電極陣列置于腦上然后用生理鹽水沖洗以溶解所述絲以此誘導(dǎo)所述裝置自發(fā)的、保形的包裹來植入所述電極陣列，如圖13c中的網(wǎng)狀物設(shè)計(jì)示意圖所示。圖16a中的連續(xù)圖像示出了插入溫水(約35°C)的代表性實(shí)例(7μπι厚的PI膜，連接到厚度約25 μ m的絲基質(zhì)上的ACF)的溶解過程。隨著所述絲基質(zhì)的消失，由于其對(duì)厚度的立體依賴性，總的彎曲剛度EI迅速減小。圖16b和圖16d示出了 PI厚度為2.5 μ m和7μπι時(shí)的計(jì)算結(jié)果。為突出降低厚度的益處，插圖示出了兩種情況下的EI比。雖然可以通過調(diào)節(jié)所述絲蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)控制所述溶解速率，但是EI的這些變化可被設(shè)計(jì)為在數(shù)秒到數(shù)年的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，取決于需求。作為實(shí)例，圖16c示出了用乙醇稍微處理的絲膜的溶解速率(左圖)，以及在采用更徹底的乙醇處理的裝置中計(jì)算的EI時(shí)間依賴性(右圖)。詳細(xì)條件見下文。通過將處理時(shí)間延長(zhǎng)到數(shù)天或數(shù)周，所述溶解時(shí)間可以延長(zhǎng)更多；相應(yīng)的EI時(shí)間依賴性見圖17。為檢查這些系統(tǒng)與相關(guān)表面保形的能力，根據(jù)圖13c所示的基本步驟使用人腦模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。圖18提供了用生理鹽水清洗后多種情況下的圖像，其包括不含絲的較厚對(duì) 照裝置。清楚地，所述保形覆蓋范圍隨著厚度的降低而增加，所述網(wǎng)狀物設(shè)計(jì)提供了進(jìn)一步的改進(jìn)，如圖18d、19和20所示。為揭示基本的機(jī)制，對(duì)抓取所述腦的曲率的某些基本特征的界限清楚的表面進(jìn)行了系統(tǒng)和定量研究。第一組實(shí)驗(yàn)在分離的且重疊的圓柱體表面上包裹所述裝置。圖21a示出了裝置的最簡(jiǎn)單的情況，其中彎曲剛度為EI、厚度為h、寬度為b，長(zhǎng)度為2L，包裹在半徑為R的圓柱體上。如下所示，就材料特征和幾何形狀而言，可以對(duì)圖13中多層結(jié)構(gòu)寫出EI的解析式。未包裹的狀態(tài)(圖21a的上圖)對(duì)應(yīng)于零能量。包裹狀態(tài)(圖21a的中圖)的能量由兩部分構(gòu)成薄膜的彎曲能量Ub=EIL/R2和所述薄膜與所述圓柱體之間的粘附能量比=-2^他，其中Y是每單位面積的粘附能量。對(duì)于能量有利的包裹狀態(tài)，Ub+Ua< 0，其得出
.=EI ⑴圖21a的下圖通過一系列實(shí)驗(yàn)(圖22)比較了上述關(guān)系。數(shù)據(jù)與每單位面積的粘附能量Y相一致，數(shù)量級(jí)為10mJ/m2，其與報(bào)道的濕界面的值相當(dāng)。減少厚度提供了顯著的益處，例如當(dāng)h〈約15 μ m時(shí)對(duì)于R為約Icm只用毛細(xì)管粘附力包裹圓柱體是可能的。重疊的圓柱體對(duì)代表所述腦的腦回的簡(jiǎn)單模型。圖21b示出了半徑為R、中心間距為2d并且在角位Θ pin-1 [d/(R+r(l)]由半徑為A的平滑弧連接的圓柱體。至于單圓柱體，未包裹狀態(tài)(圖21b的上圖)的能量定為O。所述包裹的構(gòu)型包括膜的彎曲能量和所述界面的粘附能量，其依據(jù)(細(xì)節(jié)見下文)
_ EL Κ0% ηθ (r ,Y^ ^
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^ . ⑵其中Y。在式(I)中給出，Θ是所述薄膜與一個(gè)圓柱體的接觸角，其是通過最小化U2以得出下式確定
Rsm0 , —，IV X d :敝 o_) = 0,d-Rskiff (W -A Ssii^ RshrdJ .
.
式3的解采用θ = θ (d/R, y/yc)的形式。對(duì)于Yc〈 Yc，所述能量在Θ =0時(shí)具有最小值，并且所述膜不包裹在所述圓柱體周圍。對(duì)于Y。彡。，部分包裹產(chǎn)生接觸角Θ (即角度介于O和0〈0。之間的接觸)。其中γ’。在0 = 0。時(shí)由式(3)得出
權(quán)利要求
1.一種用于在生物環(huán)境中驅(qū)動(dòng)靶組織或傳感與所述靶組織相關(guān)的參數(shù)的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置，所述裝置包括 生物可吸收基質(zhì)； 含有由所述生物可吸收基質(zhì)支持的多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件的電子裝置，其中至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的至少一個(gè)物理尺度小于或等于100微米；以及 包封所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的至少一部分的屏障層， 其中，與所述生物環(huán)境接觸后所述生物可吸收基質(zhì)至少部分地被吸收，以此在所述生物環(huán)境中建立所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置與所述靶組織之間的保形接觸。
2.一種用于在生物環(huán)境中驅(qū)動(dòng)靶組織或傳感與所述靶組織相關(guān)的參數(shù)的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置，所述裝置包括 生物可吸收基質(zhì)； 在所述生物可吸收基質(zhì)上提供的生物相容層； 含有由所述生物相容層支持的多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件的電子裝置，其中至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的至少一個(gè)物理尺度小于或等于100微米；以及 包封所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的至少一部分的屏障層， 其中，與所述生物環(huán)境接觸后所述生物可吸收基質(zhì)至少部分地被吸收，以此在所述生物環(huán)境中建立所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置與所述靶組織之間的保形接觸。
3.權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)的裝置，其中所述生物環(huán)境是體內(nèi)生物環(huán)境。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的裝置，其中所述生物環(huán)境中的所述靶組織包括心臟組織、腦組織、肌肉組織、上皮組織、神經(jīng)組織或脈管組織。
5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的裝置，其中與所述生物環(huán)境接觸后所述生物可吸收基質(zhì)被完全吸收。
6.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的裝置，其中與所述生物環(huán)境接觸后所述生物可吸收基質(zhì)沒有被完全吸收。
7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的裝置，其中對(duì)所述生物可吸收基質(zhì)的吸收建立所述電子裝置與所述靶組織之間的物理接觸。
8.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的裝置，其中對(duì)所述生物可吸收基質(zhì)的吸收建立所述電子裝置與所述靶組織之間的保形接觸。
9.權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)的裝置，其中對(duì)所述生物可吸收基質(zhì)的吸收建立所述電子裝置與所述靶組織之間的電接觸。
10.權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)包括生物聚合物、合成聚合物、蛋白質(zhì)、多糖、絲或其任意組合。
11.權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)包括聚癸二酸甘油酯(PGS)、聚二惡烷酮、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、膠原、殼聚糖、絲蛋白或其任意組合。
12.權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)包括蠶絲蛋白、改性蠶絲蛋白、蜘蛛絲、昆蟲絲、重組絲或其任意組合。
13.權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)的厚度小于或等于.10000 μ mD
14.權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)的厚度選自IOOnm到10000 μ mD
15.權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)的楊氏模量選自O(shè).5MPa到IOGPa0
16.權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)的凈彎曲剛度小于或等于IXlO9GPaym'
17.權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)的凈彎曲剛度選自O(shè).I X IO4GPa μ m4 到 I X IO9GPa μ m4。
18.權(quán)利要求1-17任一項(xiàng)的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)的結(jié)晶度小于55%。
19.權(quán)利要求1-17任一項(xiàng)的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)的結(jié)晶度選自O(shè)到55%。
20.權(quán)利要求1-19任一項(xiàng)的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)具有用于與所述靶組織接觸的平坦接觸表面。
21.權(quán)利要求1-19任一項(xiàng)的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)具有用于與所述靶組織接觸的納米結(jié)構(gòu)化的接觸表面或微米結(jié)構(gòu)化的接觸表面。
22.權(quán)利要求21的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)具有多個(gè)凸起部分，其中所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置與所述靶組織接觸后所述凸起部分刺入所述靶組織。
23.權(quán)利要求22的裝置，其中所述凸起部分從所述生物可吸收基質(zhì)表面延伸的長(zhǎng)度選自 IOnm 到 IOOOnm。
24.權(quán)利要求1-23任一項(xiàng)的裝置，其中所述電子裝置的多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件的至少一部分結(jié)合于所述屏障層或所述生物相容層。
25.權(quán)利要求1-24任一項(xiàng)的裝置，其中所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置具有中性機(jī)械平面并且所述多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件的至少一部分被置于緊鄰所述中性機(jī)械平面的位置。
26.權(quán)利要求25的裝置，其中對(duì)所述屏障層的厚度和所述生物可吸收基質(zhì)的厚度進(jìn)行選擇以使所述多個(gè)半導(dǎo)體電路組件的至少一部分被置于緊鄰所述中性機(jī)械平面的位置。
27.權(quán)利要求1-26任一項(xiàng)的裝置，其中至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件是柔性的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或可拉伸的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
28.權(quán)利要求1-27任一項(xiàng)的裝置，其中至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件是納米帶、納米膜、納米絲、晶體管通道、二極管、p-n結(jié)、光電二極管、發(fā)光二極管、激光器或其組合。
29.權(quán)利要求1-28任一項(xiàng)的裝置，其中所述電子裝置的至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的厚度小于或等于10微米。
30.權(quán)利要求1-28任一項(xiàng)的裝置，其中所述電子裝置的至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的厚度選自50nm到10微米。
31.權(quán)利要求1-30任一項(xiàng)的裝置，其中所述電子裝置的至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的側(cè)物理尺度小于或等于10000微米。
32.權(quán)利要求1-30任一項(xiàng)的裝置，其中所述電子裝置的至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的側(cè)物理尺度選自500nm到10000微米。
33.權(quán)利要求1-32任一項(xiàng)的裝置，其中所述電子裝置的至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的楊氏模量選自O(shè). 5MPa到lOGPa。
34.權(quán)利要求1-33任一項(xiàng)的裝置，其中所述電子裝置的至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的凈彎曲剛度小于或等于I X IO8GPa μ m4。
35.權(quán)利要求1-34任一項(xiàng)的裝置，其中至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件包含單晶無機(jī)半導(dǎo)體材料。
36.權(quán)利要求1-34任一項(xiàng)的裝置，其中至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件包含選自單晶硅、非結(jié)晶硅和多晶硅的材料。
37.權(quán)利要求1-36任一項(xiàng)的裝置，其中至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件是生物可吸收材料或生物惰性材料。
38.權(quán)利要求1-37任一項(xiàng)的裝置，其中所述電子裝置包含多個(gè)島結(jié)構(gòu)和橋結(jié)構(gòu)。
39.權(quán)利要求38的裝置，其中所述島結(jié)構(gòu)包含所述電子裝置的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體電路組件。
40.權(quán)利要求38的裝置，其中所述橋結(jié)構(gòu)包含一個(gè)或多個(gè)柔性的電互連物。
41.權(quán)利要求1-40任一項(xiàng)的裝置，其中所述電子裝置還包含一個(gè)或多個(gè)選自電極、電介質(zhì)層、化學(xué)的或生物的傳感元件、PH傳感器、光傳感器、光源、溫度傳感器和電容傳感器的另外的裝置組件。
42.權(quán)利要求41的裝置，其中至少一個(gè)所述另外的裝置組件包含生物惰性材料或生物可吸收材料。
43.權(quán)利要求42的裝置，其中所述惰性材料選自鈦、金、銀、鉬及其任意組合。
44.權(quán)利要求42的裝置，其中所述生物可吸收材料選自鐵、鎂及其任意組合。
45.權(quán)利要求1-44任一項(xiàng)的裝置,其中所述多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件的至少一部分包含放大器電路、倍增電路、電流限制電路、集成電路、晶體管或晶體管陣列中的一個(gè)或多個(gè)。
46.權(quán)利要求45的裝置，其中所述倍增電路被配置以對(duì)在所述生物可吸收基質(zhì)上空間排列的多個(gè)電極中的每一個(gè)逐個(gè)進(jìn)行尋址。
47.權(quán)利要求1-46任一項(xiàng)的裝置，其中所述屏障層包封所述電子裝置的所有無機(jī)半導(dǎo)體組件。
48.權(quán)利要求1-47任一項(xiàng)的裝置，其中所述屏障層完全包封所述電子裝置。
49.權(quán)利要求1-48任一項(xiàng)的裝置，其中所述屏障層包含選自聚合物、有機(jī)聚合物、SU-8、絕緣體、聚酰亞胺、電介質(zhì)、無機(jī)電介質(zhì)、Si3N4及其任意組合的材料。
50.權(quán)利要求1-49任一項(xiàng)的裝置，其中所述屏障層包含電絕緣體。
51.權(quán)利要求1-50任一項(xiàng)的裝置，其中所述屏障層將所述電子裝置的凈泄漏電流限制到10 μ A/ μ m2或更低。
52.權(quán)利要求1-51任一項(xiàng)的裝置，其中所述屏障層包含生物可吸收材料或生物惰性材料。
53.權(quán)利要求1-52任一項(xiàng)的裝置，其中所述屏障層的厚度小于或等于100μ m。
54.權(quán)利要求1-52任一項(xiàng)的裝置，其中所述屏障層的厚度選自Iym到ΙΟΟμπι。
55.權(quán)利要求1-54任一項(xiàng)的裝置，其中所述屏障層具有用于與所述靶組織接觸的平坦接觸表面。
56.權(quán)利要求1-54任一項(xiàng)的裝置，其中所述屏障層具有用于與所述靶組織接觸的納米結(jié)構(gòu)化接觸表面或微米結(jié)構(gòu)化接觸表面。
57.權(quán)利要求56的裝置，其中所述屏障層具有多個(gè)凸起部分，其中所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置與所述靶組織接觸后所述凸起部分刺入所述靶組織。
58.權(quán)利要求57的裝置，其中所述凸起部分從所述屏障層表面延伸的長(zhǎng)度選自IOnm到lOOOnm。
59.權(quán)利要求1-58任一項(xiàng)的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)、所述電子裝置和所述屏障層為所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置提供的凈彎曲剛度小于I X IO9GPa μ m4。
60.權(quán)利要求2-59任一項(xiàng)的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)、所述生物相容層、所述電子裝置和所述屏障層為所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置提供的凈彎曲剛度小于IXlO9GPaym'
61.權(quán)利要求1-60任一項(xiàng)的裝置，其中所述屏障層具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
62.權(quán)利要求1-61任一項(xiàng)的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)、所述電子裝置和所述屏障層各自獨(dú)立地包含生物可吸收材料。
63.權(quán)利要求2的裝置，其中所述生物相容層包含選自聚合物、有機(jī)聚合物、SU-8、絕緣體、聚酰亞胺、電介質(zhì)、無機(jī)電介質(zhì)、Si3N4及其任意組合的材料。
64.權(quán)利要求2的裝置，其中所述生物相容層包含電絕緣體。
65.權(quán)利要求2的裝置，其中所述生物相容層包含生物可吸收材料或生物惰性材料。
66.權(quán)利要求2的裝置，其中所述生物相容層的厚度選自Iym到25μπι。
67.一種用于給予可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的方法，所述方法包括 提供所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置，所述裝置包括 生物可吸收基質(zhì)； 含有由所述生物可吸收基質(zhì)支持的多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件的電子裝置，其中至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的至少一個(gè)物理尺度小于或等于100微米；以及 包封所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的至少一部分的屏障層； 在生物環(huán)境中使所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置與靶組織接觸；以及 在所述生物環(huán)境中所述生物可吸收基質(zhì)至少部分地被吸收，以此在所述生物環(huán)境中建立所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置與所述靶組織之間的保形接觸。
68.權(quán)利要求67的方法，其中所述生物環(huán)境是體內(nèi)生物環(huán)境。
69.權(quán)利要求67-68任一項(xiàng)的方法，其中所述生物環(huán)境中的所述靶組織包括心臟組織、腦組織、肌肉組織、神經(jīng)組織、上皮組織或脈管組織。
70.權(quán)利要求67-69任一項(xiàng)的方法，其中所述生物可吸收基質(zhì)在與所述生物環(huán)境接觸后被完全吸收。
71.權(quán)利要求67-69任一項(xiàng)的方法，其中所述生物可吸收基質(zhì)在與所述生物環(huán)境接觸后沒有被完全吸收。
72.權(quán)利要求67-71任一項(xiàng)的方法，其中對(duì)所述生物可吸收基質(zhì)的吸收建立所述電子裝置和所述靶組織之間的物理接觸、保形接觸或電接觸。
73.權(quán)利要求67-72任一項(xiàng)的方法，其中所述生物可吸收基質(zhì)的結(jié)晶度小于或等于55%。
74.權(quán)利要求67-72任一項(xiàng)的方法，其中所述生物可吸收基質(zhì)的結(jié)晶度選自O(shè)到55%。
75.權(quán)利要求67-74任一項(xiàng)的方法，其中所述生物可吸收基質(zhì)被吸收后所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的楊氏模量減少至少50%。
76.權(quán)利要求67-75任一項(xiàng)的方法，其中所述生物可吸收基質(zhì)被吸收后所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置的凈彎曲剛度減少至少50%。
77.—種在生物環(huán)境中驅(qū)動(dòng)靶組織或傳感與所述靶組織相關(guān)的參數(shù)的方法，所述方法包括 提供可植入生物醫(yī)學(xué)裝置，所述裝置包括 生物可吸收基質(zhì)； 含有由所述生物可吸收基質(zhì)支持的多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體組件的電子裝置，其中至少一個(gè)所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的至少一個(gè)物理尺度小于或等于100微米；以及 包封所述無機(jī)半導(dǎo)體組件的至少一部分的屏障層； 在生物環(huán)境中使所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置與所述靶組織接觸； 在所述生物環(huán)境中所述生物可吸收基質(zhì)至少部分地被吸收，以此在所述生物環(huán)境中建立所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置與所述靶組織之間的保形接觸；以及 驅(qū)動(dòng)與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織或傳感與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織相關(guān)的參數(shù)。
78.權(quán)利要求77的方法，其中所述生物環(huán)境是體內(nèi)生物環(huán)境。
79.權(quán)利要求77-78任一項(xiàng)的方法，其中所述生物環(huán)境中的所述靶組織包括心臟組織、腦組織、肌肉組織、神經(jīng)組織、上皮組織或脈管組織。
80.權(quán)利要求78-79任一項(xiàng)的方法，其中對(duì)所述生物可吸收基質(zhì)的吸收建立所述電子裝置和所述靶組織之間的物理接觸、保形接觸或電接觸。
81.權(quán)利要求77-80任一項(xiàng)的方法，其中傳感與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織相關(guān)的參數(shù)的所述步驟包括測(cè)量所述靶組織表面的電壓。
82.權(quán)利要求77-80任一項(xiàng)的方法，其中驅(qū)動(dòng)與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織的所述步驟包括在所述靶組織表面產(chǎn)生電壓。
83.權(quán)利要求82的方法，其中在所述靶組織表面產(chǎn)生的電壓足以電物理地驅(qū)動(dòng)所述靶組織。
84.權(quán)利要求77-80任一項(xiàng)的方法，其中傳感與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織相關(guān)的參數(shù)的所述步驟包括測(cè)量所述靶組織表面的電磁輻射。
85.權(quán)利要求77-80任一項(xiàng)的方法，其中驅(qū)動(dòng)與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織的所述步驟包括在所述靶組織表面產(chǎn)生電磁輻射。
86.權(quán)利要求85的方法，其中在所述靶組織表面產(chǎn)生的所述電磁輻射具有足以光學(xué)地驅(qū)動(dòng)所述靶組織的能量。
87.權(quán)利要求77-80任一項(xiàng)的方法，其中傳感與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織相關(guān)的參數(shù)的所述步驟包括測(cè)量所述靶組織表面的電流。
88.權(quán)利要求77-80任一項(xiàng)的方法，其中驅(qū)動(dòng)與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織的所述步驟包括在所述靶組織表面產(chǎn)生電流。
89.權(quán)利要求88的方法，其中在所述靶組織表面產(chǎn)生的電流足以電物理地驅(qū)動(dòng)所述靶組織。
90.一種用于在生物環(huán)境中驅(qū)動(dòng)靶組織或傳感與所述靶組織相關(guān)的參數(shù)的可植入生物醫(yī)學(xué)裝置，所述裝置包括 含有多個(gè)可獨(dú)立尋址的金屬電極的電極陣列，其中每個(gè)金屬電極的至少一個(gè)物理尺度小于或等于100微米； 具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的屏障層，其中所述屏障層至少部分地支持所述電極陣列；以及 支持所述電極陣列、所述屏障層或其二者的生物可吸收基質(zhì)； 其中與所述生物環(huán)境接觸后，所述生物可吸收基質(zhì)至少部分地被吸收，以此在所述生物環(huán)境中建立所述電極陣列和所述靶組織之間的保形接觸。
91.權(quán)利要求90的裝置，其中所述電極陣列的所述電極相互在物理上分離。
92.權(quán)利要求90的裝置，其中所述屏障層與所述電極陣列的所述電極的至少一部分物理接觸。
93.權(quán)利要求90的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)與所述電極陣列的至少一部分物理接觸或者與所述屏障層的至少一部分物理接觸。
94.權(quán)利要求90的裝置，其中所述陣列的每一個(gè)電極與至少一個(gè)電子互連物電接觸。
95.權(quán)利要求90的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)包括聚癸二酸甘油酯(PGS)、聚二惡烷酮、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、膠原、殼聚糖、絲蛋白或其任意組合。
96.權(quán)利要求90的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)包括蠶絲蛋白、蜘蛛絲、昆蟲絲、重組絲或其任意組合。
97.權(quán)利要求90的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)的厚度小于或等于10000μ m。
98.權(quán)利要求90的裝置，其中所述生物可吸收基質(zhì)的厚度選自IOOnm到10000μ m。
99.權(quán)利要求90的裝置，其中對(duì)所述生物可吸收基質(zhì)的吸收建立所述電極陣列和所述靶組織之間的物理接觸、保形接觸或電接觸。
100.權(quán)利要求90的裝置，其中所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或者觸角網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
101.權(quán)利要求90的裝置，其中所述電極陣列含有10到1000個(gè)電極。
102.權(quán)利要求90的裝置，其中每個(gè)所述金屬電極的厚度小于或等于10微米。
103.權(quán)利要求90的裝置，其中每個(gè)所述金屬電極的厚度選自IOOnm到10微米。
104.權(quán)利要求90的裝置，其中每個(gè)所述金屬電極的側(cè)尺度小于或等于10000微米。
105.權(quán)利要求90的裝置，其中每個(gè)所述金屬電極的側(cè)尺度選自I微米到10000微米。
106.權(quán)利要求90的裝置，其中所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中鄰近金屬電極彼此分開的間距大于或等于10微米。
107.權(quán)利要求90的裝置，其中所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中鄰近金屬電極彼此分開的間距選自10微米到10毫米。
108.權(quán)利要求90-107任一項(xiàng)的裝置，其中所述金屬電極包括生物惰性金屬或生物相容性金屬。
109.權(quán)利要求108的裝置，其中所述生物惰性金屬選自鈦、金、銀、鉬及其任意組合。
110.權(quán)利要求108的裝置，其中所述生物可吸收金屬選自鐵、鎂及其任意組合。
111.權(quán)利要求90-110任一項(xiàng)的裝置，其中所述屏障層或生物可吸收基質(zhì)完全包封所述電極陣列。
112.權(quán)利要求90-111任一項(xiàng)的裝置，其中所述屏障層包括選自聚合物、有機(jī)聚合物、SU-8、絕緣體、聚酰亞胺、電介質(zhì)、無機(jī)電介質(zhì)、Si3N4及其任意組合的材料。
113.權(quán)利要求90-112任一項(xiàng)的裝置，其中所述屏障層的厚度小于或等于ΙΟΟμπι。
114.權(quán)利要求90-112任一項(xiàng)的裝置，其中所述屏障層的厚度選自Ιμπι到ΙΟΟμπι。
115.一種在生物環(huán)境中驅(qū)動(dòng)靶組織或傳感與所述靶組織相關(guān)的參數(shù)的方法，所述方法包括 提供可植入生物醫(yī)學(xué)裝置，所述裝置包括 含有多個(gè)可獨(dú)立尋址的金屬電極的電極陣列，其中每個(gè)金屬電極的至少一個(gè)物理尺度小于或等于100微米； 具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的屏障層，其中所述屏障層至少部分地支持所述電極陣列；以及 支持所述電極陣列、所述屏障層或其二者的生物可吸收基質(zhì)； 在生物環(huán)境中使所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置與所述靶組織接觸；其中與所述生物環(huán)境接觸后所述生物可吸收基質(zhì)至少部分地被吸收，以此在所述生物環(huán)境中建立所述電極陣列與所述靶組織之間的保形接觸；以及 驅(qū)動(dòng)與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織或傳感與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織相關(guān)的參數(shù)。
116.權(quán)利要求115的方法，其中所述生物環(huán)境是體內(nèi)生物環(huán)境。
117.權(quán)利要求115-116任一項(xiàng)的方法，其中所述生物環(huán)境中的所述靶組織包括心臟組織、腦組織、肌肉組織、神經(jīng)組織、上皮組織或脈管組織。
118.權(quán)利要求115-117任一項(xiàng)的方法，其中對(duì)所述生物可吸收基質(zhì)的吸收建立所述電子裝置和所述靶組織之間的物理接觸、保形接觸或電接觸。
119.權(quán)利要求115-118任一項(xiàng)的方法，其中傳感與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織相關(guān)的參數(shù)的所述步驟包括測(cè)量所述靶組織表面的電壓。
120.權(quán)利要求115-118任一項(xiàng)的方法，其中驅(qū)動(dòng)與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織的所述步驟包括在所述靶組織表面產(chǎn)生電壓。
121.權(quán)利要求120的方法，其中在所述靶組織表面產(chǎn)生的電壓足以電物理地驅(qū)動(dòng)所述靶組織。
122.權(quán)利要求115-118任一項(xiàng)的方法，其中傳感與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織相關(guān)的參數(shù)的所述步驟包括測(cè)量所述靶組織表面的電磁輻射。
123.權(quán)利要求115-118任一項(xiàng)的方法，其中驅(qū)動(dòng)與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織的所述步驟包括在所述靶組織表面產(chǎn)生電磁輻射。
124.權(quán)利要求123的方法，其中在所述靶組織表面產(chǎn)生的能量足以光學(xué)地驅(qū)動(dòng)所述靶組織。
125.權(quán)利要求115-118任一項(xiàng)的方法，其中傳感與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織相關(guān)的參數(shù)的所述步驟包括測(cè)量所述靶組織表面的電流。
126.權(quán)利要求115-118任一項(xiàng)的方法，其中驅(qū)動(dòng)與所述可植入生物醫(yī)學(xué)裝置保形接觸的靶組織的所述步驟包括在所述靶組織表面產(chǎn)生電流。
127.權(quán)利要求126的方法，其中在所述靶組織表面產(chǎn)生的電流足以電物理地驅(qū)動(dòng)所述靶組織。
全文摘要
本文提供了可植入生物醫(yī)學(xué)裝置和給予可植入生物醫(yī)學(xué)裝置、制造可植入生物醫(yī)學(xué)裝置以及在生物環(huán)境中使用可植入生物醫(yī)學(xué)裝置以驅(qū)動(dòng)靶組織或傳感與所述靶組織相關(guān)的參數(shù)的方法。
文檔編號(hào)A61B5/1473GK102892356SQ201080066816
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者J·A·羅杰斯, 金大亨, F·奧默多, D·卡普蘭, B·利特, J·維梵蒂, Y·黃, J·阿姆斯丹 申請(qǐng)人:伊利諾伊大學(xué)評(píng)議會(huì), 塔夫茨大學(xué)信托人, 賓夕法尼亞大學(xué)理事會(huì), 西北大學(xué)