پوست نیمه‌رسانای کشسان برای ایمپلنت‌های مغزی نسل جدید
پژوهشگران نوع جدیدی از هیدروژل تولید کرده‌اند که نرم و زیست‌سازگار است و دارای خصوصیات نیمه‌رسانایی فوق‌العاده‌ای می‌باشد.
پژوهشگران دانشگاه شیکاگو اظهار داشته‌اند که این نیمه‌رسانای مبتنی بر هیدروژل می‌تواند در دستگاه‌های مختلف بیوالکترونیک مانند دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت همچون ضربان‌سازها و حسگرهای زیستی و همچنین مانیتورهای سلامت پوشیدنی و پیشرفته‌ترین پروتزها مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این، می‌تواند به توسعه ایمپلنت‌های مغزی نسل جدید مانند Neuralink کمک کند.
الکترونیک سفت و انعطاف‌ناپذیر است، در حالی که بافت‌های بیولوژیکی نرم و قابل تطبیق هستند. این تفاوت بنیادی توسعه‌ی رابط‌های بدون درز میان این دو را دچار مشکل کرده است.
اما این هیدروژل نیمه‌رسانای جدید این مانع را برطرف کرده است.
"در ساخت دستگاه‌های بیوالکترونیک قابل کاشت، یکی از چالش‌هایی که باید برطرف کنید ساخت دستگاهی با خصوصیات مکانیکی شبیه به بافت است،" گفته‌ی یاهائو دای، نویسنده اصلی مقاله جدید است. "به این ترتیب، وقتی به طور مستقیم با بافت تماس می‌گیرد، می‌توانند با هم تغییر شکل دهند و همچنین یک رابط زیستی بسیار نزدیک تشکیل دهند."
مواد با عملکرد بالا
ژل آبی حاصل نرم و انعطاف‌پذیر مانند یک ژله‌ماهی است و یک نیمه‌رسانای قدرتمند است. این امکان را فراهم می‌آورد تا تبادل اطلاعات میان بافت‌های زنده و دستگاه‌ها به صورت موثری صورت گیرد.
ماده دارای خصوصیات مکانیکی استثنایی است، از جمله نرمی شبیه بافت به میزان 81 کیلوپاسکال و کشسانی قابل توجهی به میزان 150%.
علاوه بر این، هدایت الکتریکی را نشان می‌دهد، با تحرک حامل‌های بار به میزان 1.4 cm2 V-1 s-1.
"خصوصیات مکانیکی بسیار نرمی دارد و مقدار زیادی آب در خود دارد که شبیه به بافت زنده است،" گفته‌ی سیحونگ وانگ، استاد دستیار دانشگاه شیکاگو.
"هیدروژل همچنین بسیار متخلخل است، بنابراین به طور کارآمد امکان حمل و نقل مواد مغذی و شیمیایی مختلف را فراهم می‌کند. همه این ویژگی‌ها به ترکیب می‌انجامند که هیدروژل احتمالاً مفیدترین ماده برای مهندسی بافت و تحویل دارو باشد."
کاربردهای زیستی مختلف
به طور معمول، هیدروژل‌ها با حل یک ماده در آب و افزودن مواد شیمیایی ژله‌زا ساخته می‌شوند. با این حال، نیمه‌رساناها در آب قابل حل نیستند.
برای غلبه بر این مسئله، پژوهشگران نیمه‌رساناها را در یک حلال آلی قابل اختلاط با آب حل کردند. سپس آن‌ها یک "ارگانوجل" با استفاده از نیمه‌رساناهای حل شده و پیش‌ماده‌های هیدروژل ایجاد کردند.
"برای اینکه در نهایت آن را به یک هیدروژل تبدیل کنیم، سپس کل سیستم مواد را در آب غوطه‌ور می‌سازیم تا حلال آلی حل شود و آب وارد شود،" دای گفت.
تیم تاکید می‌کند که این ماده جدید یک موجودیت واحد است که ویژگی‌های نیمه‌رسانا و هیدروژل را ترکیب می‌کند.
"این فقط یک قطعه است که هم از نظر خواص نیمه‌رسانا و هم از نظر طراحی هیدروژل کاملاً شبیه به هر هیدروژل دیگری است،" وانگ در بیانیه مطبوعاتی گفته است.
نیمه‌رسانای جدید هیدروژل مزایای چشمگیری نسبت به مواد سنتی ارائه می‌دهد. اولاً، نرمی آن التهاب بافت و واکنش ایمنی را در هنگام کاشت به حداقل می‌رساند. ثانیاً، ماهیت متخلخل آن قابلیت‌های حسگری زیستی و اثرات فوتو-مدولاسیونی را بهبود می‌بخشد. این امکان تشخیص بهتر علائم زیستی و درمان‌های مبتنی بر نور کارآمدتر، مانند ضربان‌سازهای فعال به نور یا درمان‌های بهبودی زخم را فراهم می‌کند.
نرمی و قابلیت الکتریکی آن برای بافت‌های بیولوژیکی ظریف یک ترکیب کامل فراهم می‌کند، که پتانسیل بی‌نظیری برای طیف وسیعی از کاربردها ارائه می‌دهد. این می‌تواند به ایجاد رابط‌های پیشرفته مغز و ماشین، حسگرهای زیستی و ضربان‌سازها منجر شود.
این یافته‌ها در مجله Science. منتشر شده است.
