Блог

Jul 27, 2023

Транзистор может прилипать к внутренним органам, как скотч

Автор: Сара К.П. Уильямс, 16 августа 2023 г. · Прикрепление имплантируемого датчика к поверхности бьющегося сердца обычно требует наложения швов по периферии датчика или нанесения большого количества слоев клея.

Сара К. П. Уильямс

16 августа 2023 г.

Прикрепление имплантируемого датчика к поверхности бьющегося сердца обычно требует наложения швов по периферии датчика или нанесения большого количества клея между датчиком и сердцем. В обоих случаях такой датчик редко имеет плотный и непрерывный контакт с тканью сердца, что ограничивает данные, которые врачи могут собрать о функции сердца пациента.

Чтобы решить эту проблему, исследователи из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета разработали новый клейкий полупроводник, который может плотно прилипать к влажным, податливым поверхностям живых тканей, включая сердце. Полупроводник, описанный в журнале Science, обеспечивает прилипание к тканям биосенсоров на основе транзисторов.

«Это первый полупроводник и транзистор, неотъемлемым свойством которого является биоадгезия — вам не нужны органоинвазивные швы, скобы или клей, чтобы приклеить его к ткани», — сказал Сихонг Ван, доцент Притцкеровской молекулярной инженерии, который руководил исследованием. «Это откроет множество новых возможностей для биосенсорства». Ван также работает по совместительству в Аргоннской национальной лаборатории.

Лаборатория Вана в PME занимается разработкой новых материалов, которые станут основой полного набора устройств, взаимодействующих с человеческим телом для мониторинга здоровья. Некоторые из их предыдущих исследований привели к созданию растягивающихся, гибких компьютерных чипов, которые могут анализировать данные о состоянии здоровья, а также к растягивающимся дисплеям для интеграции в носимую электронику.

Но Ван считал, что необходима дополнительная работа, чтобы революционизировать биосенсоры, которые выполняют первый шаг в этом рабочем процессе: сбор информации от внутренних органов для отправки на чипы и дисплеи.

По его словам, ранее разработанные биосенсоры не очень хорошо прикреплялись к живым органам. Это означало, что предоставленные ими данные были непоследовательными или неоднородными.

«Ключевым шагом для получения информации из любой точки человеческого тела является преобразование сигнала от ткани к устройству, и чем точнее ваше устройство сможет прилегать и прилегать к поверхности ткани, тем более эффективной будет передача сигнала», — объяснили Нань Ли, доктор философии. студент лаборатории Ванга, первый автор этой работы.

Помимо постоянного движения и способности расти или уменьшаться, большинство органов человека постоянно влажные.

«Каждый знает по своему жизненному опыту, что если попытаться приклеить кусок скотча на сухую поверхность, он может сильно приклеиться», — сказал Ван. «Но попробуйте приклеить ту же ленту на влажную поверхность, и это станет намного сложнее».

Группа Ванга преодолела эти проблемы, разработав новый полимер, который впитывает жидкость на поверхности влажной ткани, а затем прилипает к ее поверхности. Они объединили полимер с растягивающимися гибкими полупроводниками, которые они разработали в прошлом. Полученный датчик представляет собой «двойную сеть» из двух материалов: биоадгезивного и полупроводникового. Исследователи разработали новый материал таким образом, чтобы свойства ни одного материала при объединении не ухудшались.

Чтобы проверить полезность нового клеящего полимера, Ван и его коллеги использовали этот материал для создания устройств, которые могли бы собирать данные об электрической активности сердца.

«Устройства можно прикрепить к любому месту на поверхности сердца менее чем за минуту очень легкого давления», — сказал Ван.

Они показали, что устройства прикрепляются к одной области сердца без смещения и собирают более надежные и качественные данные, чем устройства, которые прикрепляются степлером или приклеиваются к сердцу. Для исследователей, которые хотят сопоставить данные со многими областями такого органа, как сердце, такая стабильная и тесная связь с тканями может значительно улучшить пространственное разрешение долговременной записи.

Но Ван говорит, что возможное использование нового биоадгезивного материала выходит далеко за рамки регистрации электрофизиологических сигналов. Тот же материал можно использовать для изготовления клейких датчиков, которые собирают внутри организма данные об уровнях иммунных молекул, электролитов или метаболитов.