Kalifornijos universiteto Irvine ir Niujorko Kolumbijos universiteto mokslininkai tranzistorius įdėjo į minkštą, prisitaikančią medžiagą, kad sukurtų biologiškai suderinamą jutiklio implantą, kuris stebi neurologines funkcijas nuosekliais paciento vystymosi etapais.
Neseniai paskelbtame dokumente Gamtos komunikacijosmokslininkai aprašo savo papildomus, vidinius, jonų valdomus, organinius elektrocheminius tranzistorius, kurie chemiškai, biologiškai ir elektroniškai labiau tinka gyviems audiniams nei standžios silicio technologijos. Šiais tranzistoriais pagrįstas medicinos prietaisas gali veikti jautriose kūno vietose ir prisitaikyti prie organų struktūrų net jiems augant.
„Pažangioji elektronika kuriama jau kelis dešimtmečius, todėl yra daugybė galimų grandinių konstrukcijų. Problema ta, kad dauguma šių tranzistorių ir stiprintuvų technologijų nesuderinamos su mūsų fiziologija”, – sakė vienas iš autorių Dion Khodagholy, Henry. Samueli fakulteto meistriškumo profesorius UC Irvine Elektros inžinerijos ir kompiuterių mokslo katedroje.
„Savo naujovėms naudojome organines polimerines medžiagas, kurios iš prigimties yra arčiau mūsų biologiškai, ir sukūrėme jas sąveikauti su jonais, nes smegenų ir kūno kalba yra joninė, o ne elektroninė.
Standartinėje bioelektronikoje papildomi tranzistoriai buvo sudaryti iš skirtingų medžiagų, kad būtų atsižvelgta į skirtingą signalų poliškumą, kuris ne tik yra nepalenkiamas ir sudėtingas, bet ir kelia toksiškumo riziką, kai implantuojamas jautriose vietose. UC Irvine ir Kolumbijos universiteto mokslininkų komanda išsprendė šią problemą, sukurdama asimetrinius tranzistorius, leidžiančius juos valdyti naudojant vieną biologiškai suderinamą medžiagą.
„Tranzistorius yra tarsi paprastas vožtuvas, valdantis srovės srautą. Mūsų tranzistorių fizinį procesą, kuris kontroliuoja šią moduliaciją, valdo elektrocheminis kanalo dopingas ir dedopingas”, – sakė pirmasis autorius Duncanas Wisniewskis, Kolumbijos universiteto daktaras. .D. kandidatas projekto metu, kuris dabar yra UC Irvine Elektros inžinerijos ir kompiuterių mokslo katedros kviestinis mokslininkas.
„Sukurdami įrenginius su asimetriniais kontaktais, galime kontroliuoti dopingo vietą kanale ir perjungti dėmesį nuo neigiamo potencialo į teigiamą potencialą. Šis dizaino metodas leidžia mums pagaminti papildomą įrenginį naudojant vieną medžiagą.”
Jis pridūrė, kad tranzistorių išdėstymas į mažesnę, vieno polimero medžiagą labai supaprastina gamybos procesą, suteikia galimybę gaminti didelius kiekius ir išplėsti technologiją už pradinio neurologinio pritaikymo beveik bet kokiame biopotencialiame procese.
Khodagholy, vadovaujantis UC Irvine Translational Neuroelectronics Laboratory, kuri neseniai iš Kolumbijos universiteto persikėlė į Irvine, sakė, kad jo komandos darbas turi papildomą mastelio keitimo pranašumą: „Galite sukurti skirtingų dydžių įrenginius ir išlaikyti šį papildomumą, ir netgi galite pakeisti. medžiaga, todėl ši naujovė pritaikoma įvairiose situacijose.
Kitas privalumas, pabrėžiamas dokumente, yra tas, kad prietaisą galima implantuoti besivystančiam gyvūnui ir atlaikyti audinių struktūrų pokyčius organizmui augant, o tai neįmanoma naudojant kietus silicio pagrindu pagamintus implantus.
„Dėl šios savybės prietaisas bus ypač naudingas pediatrijoje“, – sakė bendraautorė Jennifer Gelinas, UC Irvine anatomijos ir neurobiologijos bei pediatrijos docentė, kuri taip pat yra Orindžo apygardos vaikų ligoninės gydytoja.
„Mes pademonstravome savo gebėjimą sukurti tvirtus, vienas kitą papildančius integrinius grandynus, galinčius kokybiškai gauti ir apdoroti biologinius signalus“, – sakė Khodagholy. Papildomi, vidiniai, jonų valdomi organiniai elektrocheminiai tranzistoriai „iš esmės išplės bioelektronikos taikymą įrenginiams, kurie tradiciškai rėmėsi dideliais, biologiškai nesuderinamais komponentais“.
Prie šio projekto Khodagholy, Gelinas ir Wisniewski prisijungė Claudia Cea, Liang Ma, Alexander Ranschaert, Onni Rauhala ir Zifang Zhao iš Kolumbijos universiteto.