پژوهشگران از دانشگاه کالیفرنیا، ایرواین (UCI) و دانشگاه کلمبیا حسگر زیستی سازگار با بدن طراحی کرده‌اند که قادر به نظارت بر عملکردهای عصبی در حین رشد بیماران است.
این پژوهش ترانزیستورهای نرم و سازگار در یک ماده آلی را معرفی می‌کند که راه را برای بیوالکترونیک پیشرفته و قابل‌تطبیق هموار می‌کند.
«برای نوآوری ما از مواد پلیمری آلی استفاده کردیم که از لحاظ زیستی به ما نزدیکتر است و آن را برای تعامل با یون‌ها طراحی کردیم، زیرا زبان مغز و بدن یونیک است، نه الکترونیکی،» گفت نویسنده مشترک دیون خوداخلی.
مشکل با ایمپلنت‌های سنتی
بیوالکترونیک سنتی اغلب به ترانزیستورهای سخت و مبتنی بر سیلیکون متکی است. اگرچه این تکنیک‌ها به خوبی در ضبط سیگنال‌های الکتریکی کار می‌کنند، اما به قیمت سازگاری زیستی تمام می‌شود. با سخت، حجیم و حتی سمی بودن، این دستگاه‌ها کاربرد کمی در ایمپلنت در سایت‌های حساس بدن دارند، به عنوان مثال، در کودکان در حال رشد، یا جایی که رشد بافت یا تغییرات ساختاری رخ می‌دهد.
«الکترونیک پیشرفته دهه‌هاست که در حال توسعه است، بنابراین یک بانک اطلاعاتی بزرگ از طراحی‌های مدار موجود است. مشکل این است که بیشتر این فناوری‌های ترانزیستور و تقویت کننده با فیزیولوژی ما سازگار نیستند،» گفت خوداخلی.
برای رفع این چالش‌ها، پژوهشگران ترانزیستورهای الکتروشیمیایی آلی مکمل و یون‌گرا با استفاده از یک پلیمر سازگار با بدن طراحی کردند. برخلاف روش‌های سنتی که به مواد متعدد برای مدیریت قطب‌های مختلف سیگنال نیاز دارند، این نوآوری به صورت نامتقارن عمل می‌کند و استفاده از آن را با تنها یک ماده ممکن می‌سازد.
«ترانزیستور مانند یک شیر ساده است که جریان را کنترل می‌کند. در ترانزیستورهای ما، فرآیند فیزیکی که این مدولاسیون را کنترل می‌کند توسط دوپینگ الکتروشیمیایی و دوپینگ مجدد کانال تعیین می‌شود، » گفت نویسنده اول دانکن ویسنوسکی.
«با طراحی دستگاه‌هایی با تماس‌های نامتقارن، می‌توانیم مکان دوپینگ در کانال را کنترل کرده و تمرکز را از پتانسیل منفی به پتانسیل مثبت سوئیچ کنیم. این رویکرد طراحی به ما اجازه می‌دهد تا دستگاه مکملی با استفاده از یک ماده بسازیم.»
یک جهش به‌سوی پزشکی کودکان
طراحی نرم و منعطف ترانزیستورها به ایمپلنت‌ها اجازه می‌دهد تا با ساختارهای اعضا هماهنگ شوند و در حین رشد یا تغیر بافت، مؤثر باقی بمانند.
گروه پژوهشی اعلام کرده‌اند که نوآوری آن‌ها مقیاس‌پذیر و قابل انطباق برای کاربردهای مختلف است. با بهره‌گیری از یک پلیمر تنها، نه تنها پیچیدگی طراحی کاهش می‌یابد، بلکه امکان تولید انبوه محصول و استفاده برای اهداف نظارت عصبی و همچنین سایر فرآیندهای زیستی بالقوه را نیز دارد.
«این ویژگی دستگاه را به خصوص در کاربردهای کودکان مفید می‌سازد،» گفت نویسنده همکار جنیفر جلیناس. ایمپلنت‌های سنتی مبتنی بر سیلیکون در این زمینه مشکل دارند و اغلب با تغییرات بدنی ناکام می‌مانند.
بیوالکترونیک‌های نرم نشان داده‌اند که کیفیت بالا در دریافت و پردازش سیگنال‌های زیستی دارند، که پیشنهاد می‌شود کاربردهایی بسیار فراتر از تمرکز اولیه عصبی دارند. به گفته خوداخلی، این ترانزیستورهای یون‌گرا می‌تواند اجزای حجیم و غیرسازگار با محیط زیستی را در دستگاه‌های بیوالکترونیک جایگزین کند، انقلابی در تعامل فناوری پزشکی با بدن ایجاد کند.
با استفاده از پلیمرهای آلی و طراحی‌های منحصربه‌فرد، این مقاله گامی بزرگ در زمینه بیوالکترونیک به‌شمار می‌آید. این ایمپلنت‌های نرم و مقیاس‌پذیر نه تنها وعده‌ی یکپارچگی بهتر با بافت‌های زنده را می‌دهند بلکه دامنه کاربردهای پزشکی را نیز از درمان شرایط عصبی تا تغییر در مراقبت‌های کودکان گسترش می‌دهند.
این مطالعه در Nature Communications . منتشر شده است.
-
-
-
-
