محققان دانشگاه شیکاگو نوعی هیدروژل جدید با خواص نیمه‌رسانایی ایجاد کرده‌اند که به عنوان پلی میان دستگاه‌های الکترونیک و بافت‌های بیولوژیکی عمل می‌کند.
به گزارش تکناک، این هیدروژل که بر اساس ترکیبی از مواد بیولوژیکی و نیمه‌رساناها ایجاد شده، می‌تواند در فناوری‌های بیوالکترونیک مختلف از جمله توسعه دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت مانند pacemaker و biosensorها، مانیتورهای سلامت پوشیدنی و پروتزهای پیشرفته مورد استفاده قرار گیرد. همچنین این فناوری می‌تواند به توسعه نسل جدید ایپملنت‌های مغزی مشابه نورالینک کمک کند.
یکی از چالش‌های اصلی در توسعه فناوری‌های بیوالکترونیک، تفاوت ساختاری بین الکترونیک‌های سخت و بافت‌های نرم بیولوژیکی است. این تفاوت باعث دشواری در ایجاد رابط‌های یکپارچه و بدون درز شده است. اما هیدروژل نیمه‌رسانای جدید این مشکل را برطرف کرده است.
یاهائو دای، نویسنده اصلی مقاله این تحقیق، بیان کرد: «در هنگام ساخت دستگاه‌های بیوالکترونیک قابل کاشت، یکی از چالش‌ها، ساخت دستگاهی با خواص مکانیکی مشابه بافت است. به این ترتیب، وقتی به صورت مستقیم با بافت متصل می‌شود، دستگاه و بافت می‌توانند با هم تغییر شکل دهند و یک رابط زیستی مؤثر ایجاد کنند.»
فهرست مطالب
جزئیات ایجاد ماده هیدروژل نیمه‌رسانا و ویژگی‌ها
این هیدروژل که به رنگ آبی و نرم مانند عروس دریایی است، به عنوان یک نیمه‌رسانای قدرتمند عمل می‌کند. این ماده با تبادل مؤثر اطلاعات بین بافت‌های زنده و دستگاه‌های الکترونیک، پتانسیل بالایی برای استفاده در دستگاه‌های پیشرفته پزشکی دارد.
این هیدروژل نیمه‌رسانا دارای خواص مکانیکی فوق‌العاده‌ای از جمله نرمی مشابه بافت‌های بیولوژیکی با سختی ۸۱ کیلوپاسکال و کشسانی تا ۱۵۰ درصد است. همچنین رسانایی الکتریکی این ماده با حرکت حامل‌های بار تا ۱.۴ cm² V⁻¹ s⁻¹ به خوبی عمل می‌کند.
سیهونگ وانگ، استاد دانشگاه شیکاگو عنوان کرد: «این ماده دارای خواص مکانیکی بسیار نرم و میزان بالای هیدراسیون مشابه بافت زنده است. همچنین هیدروژل به دلیل تخلخل بالا، امکان انتقال مؤثر مواد مغذی و شیمیایی را فراهم می‌آورد. تمامی این ویژگی‌ها هیدروژل را به یکی از مفیدترین مواد برای مهندسی بافت و دارورسانی تبدیل می‌کنند.»
کاربردهای بیولوژیکی و فرایند تولید
برای تولید هیدروژل‌ها، اغلب مواد در آب حل و مواد شیمیایی ژلاسیون به آنها افزوده می‌شود. اما نیمه‌رساناها به دلیل عدم انحلال در آب، چالش جدیدی ایجاد می‌کنند.
محققان برای حل این مشکل، نیمه‌رساناها را در یک حلال آلی که قابلیت ترکیب با آب را دارد، حل و سپس با استفاده از آنها و پیش‌ماده‌های هیدروژل، یک “organogel” تولید کردند. در مرحله نهایی، سیستم مواد را در آب غوطه‌ور کردند تا حلال آلی از آن جدا و آب جایگزین شود.
مزایای هیدروژل نیمه‌رسانا
تیم تحقیقاتی دانشگاه شیکاگو تأکید کرده است که این ماده جدید یک ساختار یکپارچه است که هم خواص نیمه‌رسانا و هم طراحی هیدروژل را دارد. این ویژگی یعنی این ماده مانند هر هیدروژل دیگر عمل می‌کند، اما دارای ویژگی‌های الکتریکی و بیولوژیکی پیشرفته‌تری است.
وانگ در بیانیه مطبوعاتی اعلام کرد: «این ماده نه تنها نرم و زیست‌سازگار است بلکه به دلیل طبیعت متخلخل خود، قابلیت‌های بیوسنسینگ و اثرات فوتومدولاسیون را افزایش می‌دهد.»
این ویژگی‌ها امکان تشخیص بهتر نشانگرها و درمان‌های مبتنی بر نور مانند: ضربان‌سازهای فعال شده با نور یا درمان‌های ترمیم زخم را فراهم می‌کند.
