|
Представлены биосовместимые ионные транзисторы
|
|
|
|
Исследователи Оксфордского университета сделали значительный шаг к созданию формы "биологического электричества", которая может быть использована в различных областях биоинженерии и биомедицины, включая связь с живыми клетками человека. Работа была опубликована сегодня (28 ноября) в журнале Science.
|
|
|
|
Ионтронные устройства являются одним из наиболее быстро развивающихся и интересных направлений в биохимической инженерии. Вместо использования электричества они имитируют работу человеческого мозга, передавая информацию с помощью ионов (заряженных частиц), включая ионы натрия, калия и кальция. В конечном счете, ионтронные устройства могли бы стать основой биосовместимых, энергоэффективных и высокоточных систем сигнализации, в том числе для доставки лекарств.
|
|
|
|
Однако до сих пор ионтронные устройства обычно устанавливались на твердых каркасах, что затрудняло их интеграцию с мягкими тканями. В этом новом исследовании ученым из Оксфордского университета удалось разработать миниатюрные многофункциональные ионтронные устройства, изготовленные из биосовместимых капель гидрогеля. Гидрогели функционируют как ионные аналоги электронных полупроводников, позволяя управлять движением ионов аналогично управлению движением электронов в электронике. Крошечные капельки микромасштаба собираются с помощью поверхностно-активных веществ (молекул, похожих на мыло) и проводят ионы после того, как под воздействием света они соединяются друг с другом (технология, разработанная группой).
|
|
|
|
|
|
|
Исследователи назвали свою коллекцию устройств dropletronics, объединив в себе дроплетронику и ионтро-нику. Создавая комбинации из микромасштабных нанолитровых капель гидрогеля, команда создала дроплетронные диоды, транзисторы, логические элементы и устройства памяти. Устройства dropletronic работают лучше, чем любые устройства soft iontronic, разработанные на сегодняшний день, включая более высокую эффективность и более быстрое время отклика. Они сравнимы даже с твердотельными устройствами iontronic, с дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что они не встроены в твердую матрицу.
|
|
|
|
Доктор Юцзя Чжан (Yujia Zhang) (химический факультет Оксфордского университета), ведущий исследователь исследования, сказал: "Ионы имеют много преимуществ перед электронами: например, тот факт, что они имеют разные размеры и заряды, означает, что их можно использовать для параллельного выполнения различных функций. Благодаря использованию крупных ионных полимеров мы продемонстрировали каплеустроительное устройство с долговременной памятью, которое не было достигнуто при использовании предыдущих ионтронных подходов и предлагает нетрадиционный путь к нейроморфным приложениям.’
|
|
|
|
Помимо управления движением ионов, каплеустроительные устройства могут также взаимодействовать с клетками и записывать биологические сигналы от них, поскольку устройства и клетки говорят на одном и том же "ионном языке’. В этом исследовании исследовательская группа использовала эти устройства для создания биосовместимых датчиков, регистрирующих электрические сигналы от бьющихся клеток человеческого сердца.
|
|
|
|
‘Это первый лабораторный биологический датчик, который может распознавать изменения в функционировании клеток сердца человека и реагировать на них в лабораторных условиях", - сказал доктор Кристофер Тепфер, доцент кафедры сердечно-сосудистых наук медицинского факультета Рэдклифф Оксфордского университета. ‘Это открытие является захватывающим шагом на пути к созданию более сложных биологических устройств, которые будут распознавать различные отклонения в работе органа и реагировать на них, разумно доставляя лекарства внутрь организма’.
|
|
|
|
Исследователи предполагают интеграцию дроплетроники с живым веществом, что обеспечит биосовместимый подход к прямой ионной коммуникации, включая возможность идентификации множества жизненно важных ионных и молекулярных соединений, что откроет новые возможности в различных областях, в частности в клинической медицине. Каплеэлектронные схемы могут также обеспечить возможность создания ионных логических систем, имитирующих нейроны для нейроморфной обработки информации и вычислений.
|
|
|
|
Профессор Хаган Бейли (химический факультет Оксфордского университета), руководитель исследовательской группы, участвовавшей в исследовании, сказал: “Доктор Чжан использовал творческий, междисциплинарный подход, включающий аспекты электрохимии, химии полимеров, физики поверхности и приборостроения, для создания первых микромасштабных ”каплеустроительных" устройств. Функциональные возможности этих структур демонстрируют, что вскоре они могут быть превращены в практичные устройства, которые найдут применение как в фундаментальной науке, так и в медицине.’
|
|
|
|
Источник
|
