Pehmeät 3D-transistorit isäntäsolut
Joustavat, hydrogeelipohjaiset transistorit, jotka voivat isännöidä eläviä soluja, viittaavat uuteen biointegroidun elektroniikan luokkaan, hämärtäen puolijohdelaitteiden ja biologisten järjestelmien välistä rajaa.
Hongkongin yliopiston Wearable, Intelligent, Soft Electronics (WISE) -ryhmän tutkijat ovat kehittäneet ensimmäiset pehmeät, kolmiulotteiset transistorit, jotka voivat integroitua eläviin soluihin – edistysaskel, joka voisi muuttaa bioelektroniikan ja lääkinnällisten laitteiden suunnittelua.Nykyaikaisen elektroniikan ytimessä ovat piitransistorit: jäykät, tasomaiset kytkimet, jotka ohjaavat siruja kaikessa puhelimista palvelimiin.Mutta niiden jäykkyys rajoittaa sitä, kuinka hyvin ne voivat liittyä pehmeän elävän kudoksen kanssa.
Tämän aukon korjaamiseksi HKU-WISE-tiimi, jota johtaa professori Shiming Zhang, on luonut hydrogeelipohjaisia 3D-transistoreita, jotka eivät ole vain taipuisia ja biologisesti yhteensopivia, vaan myös riittävän paksuja (millimetrin mittakaavassa) suoraan isännöimään eläviä soluja.Toisin kuin perinteiset puolijohteet, nämä hydrogeelimateriaalit syntetisoidaan vedessä 3D-itsekokoamisprosessin avulla.Tuloksena saadut laitteet käyttäytyvät enemmän kuin biologinen kudos kuin perinteinen elektroniikka, mikä avaa väyliä sähköisten toimintojen integroimiseksi biologisiin järjestelmiin – jotain, jota jäykkä pii ei yksinkertaisesti voi saavuttaa.
Science-lehdessä julkaistu tutkimus merkitsee muutosta siinä, miten transistorit voidaan keksiä.Sen sijaan, että ne olisivat tiukasti elektronisia kytkimiä, jotka on kaiverrettu litteille piikiekkoille, nämä pehmeät 3D-transistorit yhdistävät rakenteen ja toiminnan biohybridisovelluksiin paremmin soveltuvalla tavalla.
Miksi tällä on merkitystä elektroniikassa: Perinteinen transistorisuunnittelu on keskittynyt piirakenteiden pienentämiseen ja pinoamiseen suorituskyvyn parantamiseksi ja useampien laitteiden sovittamiseksi siruihin.Edistykset, kuten 2D-materiaaleihin perustuvat 3D-transistorit, lupaavat energiatehokasta ja tehokasta laskentaa.Mutta elektroniikan integrointi biologian kanssa vaatii jotain erilaista – materiaaleja ja laitearkkitehtuuria, jotka voivat elää solujen rinnalla ilman vaurioita tai hylkäämistä.HKU-WISEn kehittämät hydrogeelitransistorit tarjoavat juuri sen.
Nämä pehmeät laitteet voisivat mahdollistaa bioelektroniset rajapinnat terveyden seurantaan, hermoproteesit ja hybridilaskentajärjestelmät, jotka yhdistävät eläviä soluja elektroniseen ohjaukseen.Vaikka lähestymistapa on vielä varhainen, se viittaa tulevaisuuteen, jossa elektroniikka ei ole enää erillään biologisista ympäristöistä, vaan sulautettu ja vuorovaikutteinen niiden kanssa.Tutkijat korostavat, että tämä on ensimmäinen askel, ja suorituskykyä, kestävyyttä ja turvallisuutta on lisättävä ennen käytännön sovellusten syntymistä.