Chicago Üniversitesi’nden bilim insanları, elektronik ve canlı doku arasında ideal bir bağlayıcı olabilecek yeni bir malzeme geliştirdi. Bu malzeme hem yarı iletken hem de yumuşak ve gerilebilir özelliklere sahip bir hidrojel olduğundan biyoelektronik için idealdir.
Hidrojel, Chicago Üniversitesi Pritzker Moleküler Mühendislik Okulu’nda (PME) Doçent Xihong Wang liderliğindeki bir araştırmacı ekibi tarafından geliştirildi. Hidrojel formunda yarı iletken malzemeler oluşturmayı mümkün kılan yeni bir süreç geliştirdiler.
Yeni malzeme, 81 kPa’ya varan doku seviyesi modülüne, %150’ye varan gerinim uzamasına ve 1,4 cm2 V-1 s-1’e varan yük taşıyıcı hareketliliğine sahiptir. Bu, ideal bir biyoelektronik arayüzün tüm gerekliliklerini karşıladığı anlamına gelir.
“İmplante edilebilir biyoelektronik cihazlar oluştururken çözmeniz gereken sorunlardan biri, dokuya benzer mekanik özelliklere sahip bir cihaz yaratmaktır. Böylece, dokuyla doğrudan etkileşime girdiğinde birlikte deforme olabilirler ve aynı zamanda gerçek bir biyo-arayüz oluşturabilirler” dedi yeni makalenin ilk yazarı Yahao Dai.
Malzemenin cilt okumalarını iyileştirmek veya yara bakımını iyileştirmek gibi potansiyel cerrahi olmayan uygulamaları vardır.
“Canlı dokuya benzer şekilde çok yumuşak mekanik özelliklere ve yüksek derecede hidrasyona sahip. Hidrojel aynı zamanda çok gözeneklidir, bu nedenle çeşitli türdeki besinlerin ve kimyasalların etkili bir şekilde dağılarak taşınmasına olanak tanır. Chicago Üniversitesi PME Doçenti Xihong Wang, “Tüm bu özellikler bir araya gelerek hidrojeli doku mühendisliği ve ilaç dağıtımı için kullanışlı bir malzeme haline getiriyor” dedi.
Chicago Üniversitesi’ndeki PME ekibi, yarı iletkenlerin suyla karışan organik bir çözücü içinde çözülmesini içeren hidrojel oluşturmak için bir süreç geliştirdi. Daha sonra çözünmüş yarı iletkenlerden ve hidrojel öncülerinden bir jel hazırladılar. Jelleri aslında bir hidrojel değil, bir organojeldi.
Dai, “Nihayetinde onu bir hidrojel haline getirmek için, organik çözücünün çözünmesine ve suyun içeri girmesine izin vermek için tüm sistemi suya daldırdık” dedi. Bu solvent değişim yönteminin önemli bir avantajı, farklı işlevlere sahip çeşitli polimer yarı iletken türlerine geniş çapta uygulanabilir olmasıdır.
Ekibin patentini aldığı ve Chicago Üniversitesi’ndeki Polsky Girişimcilik ve Yenilik Merkezi aracılığıyla ticarileştirdiği hidrojel yarı iletken, yarı iletken ile hidrojelin birleşimi değil. Bu hem yarı iletken hem de hidrojel olan bir malzemedir.
Bununla birlikte, diğer hidrojellerden farklı olarak, yeni malzeme aslında iki alanda biyolojik fonksiyonları iyileştirdi ve hidrojelin veya yarı iletkenin tek başına sağlayabileceğinden daha iyi sonuçlar sağladı. İlk olarak, dokuya doğrudan bağlanan çok yumuşak bir malzemeye sahip olmak, tıbbi bir cihaz implante edildiğinde tipik olarak meydana gelen bağışıklık reaksiyonlarını ve iltihaplanmayı azaltır. İkincisi, hidrojeller gözenekli olduğundan, yeni malzeme gelişmiş biyoalgılama tepkisi ve daha güçlü fotomodülasyon etkileri sağlar.
Biyomoleküller etkileşime geçmek üzere filme nüfuz edebildiğinden, biyobelirteçlerin etkileşim bölgeleri büyük ölçüde artar ve bu da daha yüksek hassasiyetle sonuçlanır. Algılamanın yanı sıra, doku yüzeylerindeki terapötik işlevler için ışığa verilen yanıtlar da redoks türlerinin daha verimli taşınmasıyla arttırılır. Bu, iyileşmeyi hızlandırmak için ışıkla daha etkili bir şekilde ısıtılabilen, ışıkla çalışan kalp pilleri veya yara pansumanları gibi özelliklerden yararlanır.
