Reversible Implants Silicon electronics are generally designed to be stable and robust—it would be counterproductive if the key parts of your computer or cell phone slowly dissolved away while you were using it. In order to develop transient electronics for use as medical implants, Hwang et al. (p. 1640 , see the cover) produced a complete set of tools and materials that would be needed to make standard devices. Devices were designed to have a specific lifetime, after which the component materials, such as porous silicon and silk, would be resorbed by the body.

This technical report describes a 360-channel flexible multi-electrode array with high spatial resolution, wide coverage area and minimal damage to the recorded neural tissue. Among other descriptions of multiunit in vivo neuronal recording in cats, the authors also use the electrode array to show spiral-patterned spread of epileptic neural activity in the neocortex. Arrays of electrodes for recording and stimulating the brain are used throughout clinical medicine and basic neuroscience research, yet are unable to sample large areas of the brain while maintaining high spatial resolution because of the need to individually wire each passive sensor at the electrode-tissue interface. To overcome this constraint, we developed new devices that integrate ultrathin and flexible silicon nanomembrane transistors into the electrode array, enabling new dense arrays of thousands of amplified and multiplexed sensors that are connected using fewer wires. We used this system to record spatial properties of cat brain activity in vivo, including sleep spindles, single-trial visual evoked responses and electrographic seizures. We found that seizures may manifest as recurrent spiral waves that propagate in the neocortex. The developments reported here herald a new generation of diagnostic and therapeutic brain-machine interface devices.

Developing advanced surgical tools for minimally invasive procedures represents an activity of central importance to improving human health. A key challenge is in establishing biocompatible interfaces between the classes of semiconductor device and sensor technologies that might be most useful in this context and the soft, curvilinear surfaces of the body. This paper describes a solution based on materials that integrate directly with the thin elastic membranes of otherwise conventional balloon catheters, to provide diverse, multimodal functionality suitable for clinical use. As examples, we present sensors for measuring temperature, flow, tactile, optical and electrophysiological data, together with radiofrequency electrodes for controlled, local ablation of tissue. Use of such 'instrumented' balloon catheters in live animal models illustrates their operation, as well as their specific utility in cardiac ablation therapy. The same concepts can be applied to other substrates of interest, such as surgical gloves.

Bioresorbable silicon electronics technology offers unprecedented opportunities to deploy advanced implantable monitoring systems that eliminate risks, cost and discomfort associated with surgical extraction. Applications include postoperative monitoring and transient physiologic recording after percutaneous or minimally invasive placement of vascular, cardiac, orthopaedic, neural or other devices. We present an embodiment of these materials in both passive and actively addressed arrays of bioresorbable silicon electrodes with multiplexing capabilities, which record in vivo electrophysiological signals from the cortical surface and the subgaleal space. The devices detect normal physiologic and epileptiform activity, both in acute and chronic recordings. Comparative studies show sensor performance comparable to standard clinical systems and reduced tissue reactivity relative to conventional clinical electrocorticography (ECoG) electrodes. This technology offers general applicability in neural interfaces, with additional potential utility in treatment of disorders where transient monitoring and modulation of physiologic function, implant integrity and tissue recovery or regeneration are required. Arrays of bioresorbable, highly doped silicon electrodes with multiplexing capabilities are used as electrocorticography sensors to perform in vivo, reliable acute and chronic recordings for up to one month before dissolving in the body.

Reactive dissolution and its effects on electrical conduction, morphological change and chemical transformation in thin films of Mg, AZ31B Mg alloy, Zn, Fe, W, and Mo in de‐ionized (DI) water and simulated body fluids (Hanks’ solution pH 5–8) are systematically studied, to assess the potential for use of these metals in water‐soluble, that is, physically "transient", electronics. The results indicate that the electrical dissolution rates in thin films can be much different that traditionally reported corrosion rates in corresponding bulk materials. Silicon metal oxide field effect transistors (MOSFETs) built with these metals demonstrate feasibility for use in transient electronics.

Advanced MaterialsVolume 26, Issue 23 p. 3905-3911 Communication High-Performance Biodegradable/Transient Electronics on Biodegradable Polymers Suk-Won Hwang, Suk-Won Hwang Department of Materials Science and Engineering and Frederick Seitz Materials Research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, 61801 USASearch for more papers by this authorJun-Kyul Song, Jun-Kyul Song Department of Materials Science and Engineering and Frederick Seitz Materials Research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, 61801 USASearch for more papers by this authorXian Huang, Xian Huang Department of Materials Science and Engineering and Frederick Seitz Materials Research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, 61801 USASearch for more papers by this authorHuanyu Cheng, Huanyu Cheng Department of Mechanical Engineering, Civil and Environmental Engineering, Center for Engineering and Health and Skin Disease Research Center, Northwestern University, Evanston, IL, 60208 USASearch for more papers by this authorSeung-Kyun Kang, Seung-Kyun Kang Department of Materials Science and Engineering and Frederick Seitz Materials Research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, 61801 USASearch for more papers by this authorBong Hoon Kim, Bong Hoon Kim Department of Materials Science and Engineering and Frederick Seitz Materials Research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, 61801 USASearch for more papers by this authorJae-Hwan Kim, Jae-Hwan Kim Department of Materials Science and Engineering and Frederick Seitz Materials Research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, 61801 USASearch for more papers by this authorSooyoun Yu, Sooyoun Yu Department of Chemical and Biomolecular Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, 61801 USASearch for more papers by this authorYonggang Huang, Yonggang Huang Department of Mechanical Engineering, Civil and Environmental Engineering, Center for Engineering and Health and Skin Disease Research Center, Northwestern University, Evanston, IL, 60208 USASearch for more papers by this authorJohn A. Rogers, Corresponding Author John A. Rogers Department of Materials Sicience and Engineering Chemistry, Mechanical Science and Engineering Electrical and Computer Engineering, Beckman Institute for Advanced Science and Technology and Frederick Seitz Materials research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, 61801 USAE-mail: jrogers@illinois.eduSearch for more papers by this author Suk-Won Hwang, Suk-Won Hwang Department of Materials Science and Engineering and Frederick Seitz Materials Research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, 61801 USASearch for more papers by this authorJun-Kyul Song, Jun-Kyul Song Department of Materials Science and Engineering and Frederick Seitz Materials Research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, 61801 USASearch for more papers by this authorXian Huang, Xian Huang Department of Materials Science and Engineering and Frederick Seitz Materials Research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, 61801 USASearch for more papers by this authorHuanyu Cheng, Huanyu Cheng Department of Mechanical Engineering, Civil and Environmental Engineering, Center for Engineering and Health and Skin Disease Research Center, Northwestern University, Evanston, IL, 60208 USASearch for more papers by this authorSeung-Kyun Kang, Seung-Kyun Kang Department of Materials Science and Engineering and Frederick Seitz Materials Research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, 61801 USASearch for more papers by this authorBong Hoon Kim, Bong Hoon Kim Department of Materials Science and Engineering and Frederick Seitz Materials Research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, 61801 USASearch for more papers by this authorJae-Hwan Kim, Jae-Hwan Kim Department of Materials Science and Engineering and Frederick Seitz Materials Research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, 61801 USASearch for more papers by this authorSooyoun Yu, Sooyoun Yu Department of Chemical and Biomolecular Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, 61801 USASearch for more papers by this authorYonggang Huang, Yonggang Huang Department of Mechanical Engineering, Civil and Environmental Engineering, Center for Engineering and Health and Skin Disease Research Center, Northwestern University, Evanston, IL, 60208 USASearch for more papers by this authorJohn A. Rogers, Corresponding Author John A. Rogers Department of Materials Sicience and Engineering Chemistry, Mechanical Science and Engineering Electrical and Computer Engineering, Beckman Institute for Advanced Science and Technology and Frederick Seitz Materials research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, 61801 USAE-mail: jrogers@illinois.eduSearch for more papers by this author First published: 01 April 2014 https://doi.org/10.1002/adma.201306050Citations: 302Read the full textAboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinked InRedditWechat Abstract Materials and fabrication approaches that allow integration of biodegradable/transient electronics onto diverse classes of biodegradable substrates are presented in this article. By first depositing, patterning, and etching the materials for the electronics and then integrating them on a substrate of interest, it is possible to use nearly any type of biodegradable material for this purpose. Component and system-level studies of various devices and biodegradable polymers illustrate the capabilities and operational aspects. Dissolution studies and mechanics modeling results highlight different modes for transient behavior. Citing Literature Supporting Information As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Filename Description adma201306050-sup-0001-S1.pdf281.1 KB Supplementary Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article. Volume26, Issue23June 18, 2014Pages 3905-3911 RelatedInformation

The combined use of ZnO, Mg, MgO, and silk provides routes to classes of thin-film transistors and mechanical energy harvesters that are soluble in water and biofluids. Experimental and theoretical studies of the operational aspects and dissolution properties of this type of transient electronics technology illustrate its various capabilities. Application opportunities range from resorbable biomedical implants, to environmentally dissolvable sensors, and degradable consumer electronics.

Significance We present the demonstration of in vivo operation of a subcutaneously implanted, resorbable electronic device. The remotely controlled device was wirelessly activated after implantation, successfully eliminating infection, and subsequently dissolving in the surrounding tissue. This approach is a first step for the development of a class of implantable, technological, biomedical devices that resorb harmlessly, eliminating the need for retrieval after use.

Transient electronics represents an emerging class of technology that exploits materials and/or device constructs that are capable of physically disappearing or disintegrating in a controlled manner at programmed rates or times. Inorganic semiconductor nanomaterials such as silicon nanomembranes/nanoribbons provide attractive choices for active elements in transistors, diodes and other essential components of overall systems that dissolve completely by hydrolysis in biofluids or groundwater. We describe here materials, mechanics, and design layouts to achieve this type of technology in stretchable configurations with biodegradable elastomers for substrate/encapsulation layers. Experimental and theoretical results illuminate the mechanical properties under large strain deformation. Circuit characterization of complementary metal-oxide-semiconductor inverters and individual transistors under various levels of applied loads validates the design strategies. Examples of biosensors demonstrate possibilities for stretchable, transient devices in biomedical applications.

Abstract Materials and fabrication procedures are described for bioresorbable transistors and simple integrated circuits, in which the key processing steps occur on silicon wafer substrates, in schemes compatible with methods used in conventional microelectronics. The approach relies on an unusual type of silicon on insulator wafer to yield devices that exploit ultrathin sheets of monocrystalline silicon for the semiconductor, thin films of magnesium for the electrodes and interconnects, silicon dioxide and magnesium oxide for the dielectrics, and silk for the substrates. A range of component examples with detailed measurements of their electrical characteristics and dissolution properties illustrate the capabilities. In vivo toxicity tests demonstrate biocompatibility in sub‐dermal implants. The results have significance for broad classes of water‐soluble, “transient” electronic devices.