ابتکار دانشمندان ایرانی برای بهبود بخشیدن دستگاه‌های بیوالکترونیکی

پژوهشگران ایرانی «دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی» با اصلاح کردن یک ماده زیست‌سازگار توانسته‌اند گامی را در جهات بهبود دستگاه‌های بیوالکترونیکی بردارند.

به گزارش ایسنا، جامعه علمی مدت‌هاست که شیفته پتانسیل دستگاه‌های بیوالکترونیکی نرم بوده اما در شناسایی کردن موادی که زیست‌سازگار هستند و همه ویژگی‌های لازم را برای عملکرد مؤثر دارند، با موانعی روبه‌رو شده‌اند.

به نقل از فیز، اکنون پژوهشگران گامی را در مسیر درست برداشته‌اند و یک ماده زیست‌سازگار را اصلاح کرده‌اند تا بتواند رسانای موثر الکتریسیته در محیط‌های مرطوب باشد و سیگنال‌های یون را از واسطه‌های بیولوژیکی بگیرد یا به آنها بفرستد.

«آرام آماسیان»(Aram Amassian) استاد علوم و مهندسی مواد در «دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی»(NCSU) و از پژوهشگران این پروژه گفت: ما در مورد بهبود توانایی مواد بیوالکترونیک نرم برای داشتن عملکرد کارآمد صحبت می‌کنیم.

علاقه زیادی به ایجاد بیوالکترونیک آلی و ترانزیستورهای الکتروشیمیایی آلی با طیف گسترده‌ای از کاربردهای زیست‌پزشکی وجود دارد. با وجود این، یکی از عوامل محدودکننده، شناسایی مواد غیر سمی است که می‌توانند الکتریسیته را هدایت کنند و در تعامل با یون‌ها قرار بگیرند که برای داشتن عملکرد در محیط‌های بیولوژیکی بسیار مهم هستند و به طور موثر در محیط‌های آبی و سیستم‌های بیولوژیکی کار می‌کنند.

یکی از مواد مورد علاقه ما «PEDOT:PSS» است که یک پلیمر غیر سمی و رسانای الکتریسیته به شمار می‌رود. این ماده برای ایجاد لایه‌های نازک استفاده می‌شود که در واقع شبکه‌های فیبر با عرض نانومتر هستند. جریان الکتریکی می‌تواند از فیبرها عبور کند که به یون‌های محیط خود نیز حساس هستند. «لین تاوسیگ»(Laine Taussig) از پژوهشگران این پروژه گفت: ما معتقدیم از آنجا که یون‌ها با الیاف در تعامل قرار می‌گیرند و رسانایی آنها را تحت تأثیر قرار می‌دهند، PEDOT:PSS می‌تواند برای حس کردن آنچه در اطراف الیاف رخ می‌دهد، استفاده شود.

«مسعود قاسمی»(Masoud Ghasemi) دانشجوی سابق فوق دکتری دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی، دانشجوی کنونی فوق دکتری «دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا»(Penn State) و از پژوهشگران این پروژه گفت: اساسا PEDOT:PSS می‌تواند بر محیط زیستی خود نظارت کند اما ما می‌توانیم از جریان الکتریکی نیز برای تأثیرگذاری بر یون‌های اطراف PEDOT:PSS استفاده کنیم و سیگنال‌هایی را به آن محیط زیستی بفرستیم.

با وجود این، هنگامی که PEDOT:PSS مانند سیستم‌های بیولوژیکی در محیط‌های آبی قرار می‌گیرد، پایداری ساختاری آن به طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد زیرا PEDOT:PSS یک ماده ساخته‌شده از دو مولفه است. اول PEDOT که جریان الکتریکی را هدایت می‌کند اما محلول در آب نیست و دوم PSS که به یون‌ها واکنش نشان می‌دهد اما محلول در آب است. به عبارت دیگر، PSS باعث می‌شود که مواد در تماس با آب از هم بپاشند.

تلاش‌های پیشین برای تثبیت ساختار PEDOT:PSS به این ماده کمک کرده تا در محیط‌های آبی مقاومت کند اما هم به عملکرد PEDOT:PSS به عنوان یک رسانا آسیب رسانده و هم تعامل یون‌ها با اجزای PSS را دشوارتر کرده است. «جرج مالیاراس»(George Malliaras) از پژوهشگران این پروژه گفت: کار ما در اینجا مهم می‌شود زیرا ما راه جدیدی را برای ساختن PEDOT:PSS پیدا کرده‌ایم که از نظر ساختاری در محیط‌های مرطوب پایدار است و قابلیت تعامل با یون‌ها و هدایت الکتریسیته بسیار کارآمد را دارد.

پژوهشگران کار خود را با PEDOT:PSS در محلول آغاز کردند و سپس نمک‌های یونی را به آن افزودند. با توجه به زمان، نمک‌های یونی با PEDOT:PSS در تعامل قرار می‌گیرند و باعث می‌شوند تا به صورت فیبرهایی با ساختار منحصربه‌فرد درآید که در محیط‌های مرطوب پایدار می‌ماند. این PEDOT:PSS اصلاح‌شده سپس خشک می‌شود و نمک‌های یونی شسته می‌شوند.

آماسیان گفت: ما از قبل می‌دانستیم که نمک‌های یونی می‌توانند PEDOT:PSS را تحت تاثیر قرار دهند. نکته جدید پژوهش ما این است که با دادن زمان بیشتر به نمک‌های یونی برای مشاهده کامل اثرات آن، ساختارهای کریستالی PEDOT و PSS را اصلاح کردیم تا خودشان را در مقیاس مولکولی به هم متصل کنند. این باعث می‌شود که PSS در برابر آب موجود در محیط، غیر قابل نفوذ باشد و به PEDOT:PSS امکان می‌دهد تا ثبات ساختاری خود را در سطح مولکولی حفظ کند.

«یاروسلاوا ینگلینگ»(Yaroslava Yingling) از پژوهشگران این پروژه گفت: این تغییر نیز سلسله‌مراتبی است؛ به این معنی که تغییراتی در سطح مولکولی تا سطح کلان وجود دارد. نمک‌های یونی باعث می‌شوند PEDOT:PSS خود را دوباره تنظیم کند تا به شکل یک ژل شبکه‌ای درآید که در محیط‌های خشک و مرطوب حفظ می‌شود.

لایه‌های حاصل‌شده علاوه بر پایداری در محیط‌های آبی، رسانایی خود را حفظ می‌کنند. علاوه بر این، از آنجا که PEDOT و PSS کاملا در هم تنیده شده‌اند، دسترسی یون‌ها و تعامل با مؤلفه PSS آسان است.

این پژوهش در مجله «Matter» به چاپ رسید.

انتهای پیام