Technologia osadzania warstw atomowych ALD znajduje coraz szersze zastosowanie w powlekaniu implantów medycznych , w których metalowe elementy i wrażliwa mikroelektronika muszą być skutecznie i długoterminowo chronione przed korozją powodowaną przez płyny ustrojowe człowieka.
Doniesienie grupy Picosun opisuje wytworzenie organiczno-nieorganicznej dwuwarstwowej ochrony barierowej przeznaczonej dla neurorpotez i elektroniki biomedycznej. Grupa również potwierdza doskonałe właściwości hermetyczne i barierowe warstw ALD zabezpieczające przed dyfuzją jonów powodujących korozję.
W najnowszym opracowaniu w celu ochrony metalicznej elektrody platynowej najpierw nałożono cienką warstwę tlenku hafnu (HfO2) jako wewnętrzną, adhezyjną warstwę barierową, bezpośrednio osadzoną na metalu, a następnie na warstwę ALD nałożono biozgodny polimer organiczny PDMS (polidimetylosiloksan). Warstwa HfO2 ALD zapewnia doskonałą przyczepność i hermetyczne uszczelnienie powierzchni elektrody, podczas gdy PDMS, jako bardziej „makroskopowa” warstwa zapewnia solidność i wytrzymałość na powierzchni ultra-cienkiej warstwy ALD. Powłoki dwuwarstwowe badano przez ich zanurzenie w roztworze PBS przez 450 dni w temperaturze pokojowej [3].
Wcześniej udowodniono, że nanolaminaty ALD całkowicie blokują dyfuzję jonów Na +, K +, Cl– i PO43-, które są jednymi z najbardziej korozyjnych gatunków jonów w środowisku wodnym [1]. Testy starzeniowe przeprowadzano przez 2 miesiące w 87 ° C w buforze PBS (sól fizjologiczna buforowana fosforanem) (patrz ryc. 1). Wcześniej udowodniono, że szereg materiałów ALD firmy Picosun wykazuje bardzo niską cytotoksyczność i jest bezpiecznych dla tkanek ludzkich [2], co zapewnia dużą elastyczność w projektowaniu warstw barierowych dla różnych podłoży w celu zapewnienia różnych poziomów zabezpieczenia.
Wyniki obu testów ponownie potwierdzają ogromny potencjał ALD w zakresie opracowywania nowych rozwiązań dla branż medycznych i biomedycznych. Stały trend zwiększonej miniaturyzacji i integracji na poziomie systemowym mikroelektroniki napędza również ten sam rozwój w implantowanych urządzeniach medycznych. Wraz z malejącymi rozmiarami urządzeń wzrasta ich stopień złożoności, co powoduje, że tradycyjne metody enkapsulacji zawodzą.
Warto dodać, że technologia ALD umożliwia nakładanie ultra-cienkich warstw na skomplikowanych podłożach trójwymiarowych w umiarkowanych temperaturach.
„Doskonałe właściwości barierowe warstw ALD wspierają trend miniaturyzacji i zwiększonej funkcjonalizacji mikroelektroniki medycznej oraz umożliwiają rozwój różnorodnych innowacyjnych produktów. Wprowadzenie enkapsulacji technologią ALD może również pomóc producentom w wymianie drogich, elementów metalowych na tańsze materiały, jednocześnie wydłużając żywotność urządzeń. Technologia ALD firmy Picosun jest już używana przez kilku wiodących światowych producentów urządzeń medycznych i chcemy nadal kierować integracją ALD z branżami opieki zdrowotnej. Z przyjemnością dostarczamy sprawdzone w produkcji, gotowe do użycia rozwiązania dla producentów, aby zrealizować całkowicie nową generację bezpieczniejszych, trwalszych i przyjaznych dla użytkownika wszczepialnych urządzeń do zdalnej i cyfrowej opieki zdrowotnej ”- mówi dr. Jani Kivioja, dyrektor ds. Technicznych grupy Picosun.
Warstwy barierowe mogą być nakładane zarówno na urządzeniach R&D jak i w zautomatyzowanych systemach przemysłowych
Badawczo-rozwojowe systemy ALD
[1] ALD 2019 – 19th International Conference on Atomic Layer Deposition, 21-24 July 2019, Bellevue, Washington, USA / ULIMPIA project, funded by PENTA under grant number PENTA-2017-Call2-16101-ULIMPIA.
[2] https://www.picosun.com/press/picosun-expands-selection-of-biocompatible-ald-materials-for-medical-applications/
[3] Nanbakhsh et. al., “Long-term encapsulation of platinum metallization using a HfO2 ALD-PDMS bilayer for non-hermetic active implants”, Proceedings of IEEE 70th Electronic Components and Technology Conference (ECTC), 3-30 June 2020, Orlando, Florida, USA / POSITION-II project, funded by the ECSEL JU under grant number Ecsel-783132-Position-II-2017-IA.
#atomiclayerdeposition #osadzaniewarstwatomowych