Kytkeä biologiaa elektroniikan kanssa

”Suurin osa tekniikka perustuu elektronien virtauksiin, mutta biologia muuntaa signaaleja ioneilla, jotka ovat varautuneita atomeja tai molekyylejä”, toteaa University of Washingtonin kemian professori David Ginger. ”Jos haluat liitännän elektroniikkaan ja biologiaan, tarvitset materiaalia, joka tehokkaasti viestii näiden kahden ulottuvuuden yli.”

Ginger on vetänyt tutkimusta, jossa nämä kaksi erilaista maailmaan saataisiin yhteen. He ovat mittailleet ohutta, johtavasta muovista valmistettua kalvoa kun se on vuorovaikutuksessa ionien ja elektronien kanssa.

Selvisi, että vaihtelut polymeerin rakenteessa tuottivat kalvoon jäykkiä ja vähemmän jäykkiä alueita ja että nämä alueet voivat majoittaa elektroneja tai ionieja - mutta ei molempia yhtä aikaa. Pehmeämmät, ei-jäykät alueet olivat huonoja elektronin johtimia, mutta saattoivat hieman turvota ottamaan vastaan ioneja, kun jäykillä alueilla oli päinvastoin.

Orgaaniset puolijohtavat polymeerit ovat kompleksisia matriiseja, jotka on valmistettu toistuvista yksiköistä runsaasti hiiltä sisältävistä molekyyleistä. Orgaaninen polymeeri, johon mahtuu molempia tyyppejä johtumista - ionit ja elektronit - on avain uusille biosensoreille, joustavalle bioelektronisille implanteille ja paremmille akuille. Mutta kokoero ja käyttäytyminen pienien elektronien ja tilaa vievien ionien välillä ovat tehneet tämän vähemmän helpoksi tehtäväksi.

Uudet tulokset osoittavat, kuinka kriittinen polymeerin synteesi ja rakenneprosessi on kalvon sähköisen ja ionisen johtokyvyn ominaisuuksille. Heidän tulokset voivat osoittaa suunnan luoda polymeerirakenteita, jotka voivat mahdollistaa elektronien ja ionien kulun.

Tutkijaryhmä mittasi ominaisuudet poly (3-heksyylitiofeeni) tai P3HT:stä valmistetusta kalvosta, joka on suhteellisen yleinen orgaaninen puolijohde.

Kemiaa ja mekaanista atomitason rasitusta mittaustapana käyttäen selvisi, että tietyillä alueilla kalvo saattoi hieman turvota päästäen ionit virtaamaan kalvoon. Jäykemmät ja kiteisemmät alueet kalvossa eivät turpoa ioneille sopiviksi mutta ne olivat sopivia johtamaan elektroneja.

”Seuraus näistä löydöksistä on, että voisit mahdollisesti upottaa kiteistä ainetta - joka voi kuljettaa elektroneja - sisälle materiaaliin, joka on enemmän amorfinen ja voi kuljettaa ioneja”, toteaa Ginger yliopistonsa tiedotteessa.

Jos näin on, niin parempia bioelektronisia laitteita ja parempia akkuja voisi olla olemassa.

Aiheesta aiemmin:

Logiikkaa elävissä soluissa