Опубліковано на
Дослідники в лабораторії інженерної школи Uchicago Pritzker професор професора Сихонга Ван (зліва), включаючи докторантуру Яахо Дай (праворуч), розробили гідрогель, який зберігає напівпровідну здатність, необхідну для передачі інформації між живою тканиною та машиною, яка може бути використана як в імплантаційних медичних пристроях, так і в нехіругійних додатках. (Фото Джона Зіча)
Дослідники Чиказького університету розробили абсолютно новий матеріал, який функціонує як гідрогель, так і напівпровідник – подолання давніх проблем у біоелектроніці.
При значному вмісті води гідрогелі відомі своєю механічною та хімічною подібністю до біологічних тканин. Напівпровідники навпаки є сухими та жорсткими, що робить їх значною мірою несумісними з біологічними середовищами, хоча і необхідними для таких пристроїв, як біосенсори, кардіостимулятори та системи доставки ліків.
“Що ми почали думати, як ми можемо поєднати дизайн та всі переваги гідрогелю з властивостями напівпровідників”, – сказав Сихонг Ван, доцент кафедри молекулярної інженерії в школі молекулярної інженерії Учікаго, який очолив дослідницьку групу для вирішення цього питання.
Відповідь, нещодавно опублікована в Наукалежить у новому запатентованому методі, який включає в себе без нерозчинні полімерні напівпровідники в гідрогелі з подвійною мережею.
“Цей розвиток матеріалу мостить розрив – або” невідповідність ” – між звичайними електронними матеріалами, як кремнію та тканини людини”, – пояснив Ван. “Це важливий крок у дизайні матеріалу”.
Метод збірки, спричиненої спорідненістю, створює матеріал, який може похвалитися модулем на рівні тканин, м'яким, як 81 кілопаскалів, полегшуючи імунні реакції, розтягнення 150% та дефіцит заряду до 1,4 квадратного сантиметра на вольт за секунду.
На відміну від щільного кремнію, матеріал також має високу пористість, яка підсилює молекулярні взаємодії на напівпровідникових біофлюїдних інтерфейсах, що призводить до фотомодуляції з більшою реакцією та об'ємною біоенсивністю з більшою чутливістю. “Взаємодії, які можна генерувати, не просто на поверхні”, – пояснив Ван.
Ці властивості разом призведуть до кращих інтерфейсів-машин мозку, кардіостимуляторів, біосенсорів тощо.
Створюючи щось абсолютно нове, щось, чого ніколи раніше не бачили, Ван зазначає важливість можливості візуалізувати роботу. Маючи потужні образи – щось, для чого відома його лабораторія – дозволяє краще зрозуміти унікальні атрибути та де це може бути корисним.
“Ми працюємо над новим типом людського електронного інтерфейсу, який забезпечує набагато ефективніший діагноз захворювань та загального моніторингу здоров'я, а також терапевтичні ефекти”.
– Сихонг Ванг
Дослідники вже показали, що вони можуть використовувати світло для отримання електричних сигналів або тепла для різних терапевтичних застосувань. Потенційне використання технології вниз за течією є широким – але Ван найбільше схвильований, щоб вивчити свій потенціал у біохімічному зондуванні.
“Біологія – це техніка хімії”, – сказав Ван. «Існує понад 500 різних типів білків. І як вони взаємодіють і дають відповідь на різні подразники, диктує, як працюють різні частини біологічної системи ».
Однак розуміння цих процесів є складним.
“Імплантаційні технології для вимірювання хімічних речовин, особливо численних типів хімічних речовин одночасно, дуже обмежені”, – пояснив Ван, зазначивши, що для подальшого розвитку є “величезна кількість простору та переваг”.
Патент-це останній у серії винаходів, які разом дозволять тканинно-подібній електроніці, яка може безперешкодно інтегруватися з людським організмом для застосування в моніторингу здоров'я, медикаментозної терапії, імплантаційних медичних пристроїв, біологічних досліджень тощо.
>> Детальніше: Розтягнута, самостійна біоелектроніка імітує шкіру у формі та функції
Досліджуючи ці випадки використання, Ван в даний час співпрацює з нейрохірургами в Медичному центрі Чиказького університету та прототипами тестування. Він також співпрацює з колегою Стейсі Ліндау, MD, MA '02, професором акушерства та гінекології та медицини-геріатрії та директором дослідницької лабораторії в відділі біологічних наук, щоб створити нейртектомічну систему, яка була б імплантована під шкірою пацієнтів з мастектомією. Під назвою Біонічний проект грудей, мета – відновити відчуття до області грудей.
Міждисциплінарний підхід групи полягає у вирішенні проблем у реальному світі поза лабораторією. Звичайно, є багато потреб, сказав Ван, але вони особливо зацікавлені в тих викликах, які не легко вирішені.
“Йдеться не лише про вдосконалення певних специфікацій вже існуючих технологій”, – додав Ван, – але створення нової технології, яка ніколи раніше не існувала “.
Зацікавлені в цій технології? Зверніться до Гаррісона Пола, який може надати більш детальну інформацію, обговорити процес ліцензування та з'єднати вас з винахідником.
// Запатентований – це колонка, що висвітлює дослідження та винаходи з факультету Чиказького університету. Для отримання додаткової інформації про доступні технології, Клацніть тут.
