طور الباحثون في كلية Pritzker للهندسة الجزيئية بجامعة شيكاغو هيدروجيل مع قدرات أشباه الموصلات اللازمة لنقل المعلومات بين الأنسجة الحية والآلات. يمكن استخدامه لكل من الأجهزة الطبية القابلة للزرع والتطبيقات غير الجراحية. مصدر الصورة: مدرسة بريتزكر للهندسة الجزيئية بجامعة شيكاغو
يجب أن تكون المادة المثالية لتوصيل المكونات الإلكترونية والأنسجة الحية ناعمة وممتدة وماء ، على غرار الهلاميات المائية. عادة ما تكون مواد أشباه الموصلات صعبة ، هشة وليست ماء ، ولا يمكن أن تذوب في الماء مثل هيدروجيلز. إذا تم استخدام أشباه الموصلات في الأجهزة الإلكترونية الحيوية مثل أجهزة ضربات القلب والأجهزة الحيوية وأجهزة توصيل الأدوية ، فإن أوجه القصور هذه تشكل عقبة كبيرة.
تعرض المادة الجديدة معامل على مستوى الأنسجة يصل إلى 81 كيلو باسكال ، وقابلية تمديد تصل إلى 150 ٪ ، وتنقل الناقل يصل إلى 1.4 سنتيمتر مربع/فولت ثانية. هذا يدل على أن هذه المادة ، التي لها خصائص أشباه الموصلات وخصائص هيدروجيل ، تلبي جميع متطلبات واجهة إلكترونية بيولوجية مثالية.
نظرًا لأن الأجهزة الإلكترونية الحيوية القابلة للزرع على اتصال مباشر مع الأنسجة ، فإنها بحاجة إلى أن تكون قادرة على التشوه مع الأنسجة لتشكيل واجهة بيولوجية مضغوطة للغاية.
الطريقة التقليدية لإعداد الهلاميات المائية هي حل مادة في الماء ثم إضافتها لتحويل المحلول إلى حالة جل. ومع ذلك ، عادة ما تكون مواد أشباه الموصلات غير قابلة للذوبان في الماء. تحقيقا لهذه الغاية ، طور الفريق عملية تبادل المذيبات. بدلاً من إذابة أشباه الموصلات في الماء ، يتم حلها في مذيب عضوي قابل للتخطيط بالماء. ثم ، يستخدمون أشباه الموصلات المذابة والسلائف الهيدروجيل لإعداده.
المنتج الأولي هو هلام عضوي. ثم يقوم الفريق بامتصاص نظام المواد بأكمله في الماء لحل المذيب العضوي والسماح للمياه باختراقه. يمكن استخدام المادة الناتجة على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من أشباه الموصلات البوليمر مع وظائف مختلفة.
تجدر الإشارة إلى أنه مقارنةً بالهيدروجيلات التقليدية ، فإن هذه المادة الجديدة لا تحسن الوظائف البيولوجية فحسب ، بل إنها توضح أيضًا القدرة على تجاوز هيدروجيلز أو مواد أشباه الموصلات البسيطة في العديد من الجوانب ، مما يحقق تأثيرات شاملة أفضل.
سيقوم هذا البحث حاليًا بحل التحديات التي تواجهها أجهزة طبية قابلة للزرع مثل أجهزة الاستشعار الكيميائية الحيوية وصانعي أجهزة تنظيم ضربات القلب ، ولكن لديها أيضًا العديد من التطبيقات غير الغازية المحتملة ، مثل القراءة الأكثر دقة لبيانات الجلد وتحسين العناية بالجروح. تحتوي المادة على خصائص ميكانيكية ناعمة للغاية ومحتوى ماء مرتفع ، والتي تشبه الأنسجة الحية. في الوقت نفسه ، يكون مساميًا أيضًا ، مما يعني أنه يمكن نقل العناصر الغذائية والمواد الكيميائية المختلفة. عندما يتم دمج كل هذه الخصائص ، سيصبح هيدروجيل الجديد أحد أكثر المواد المفيدة في هندسة الأنسجة وتسليم الأدوية.
سيركز هذا البحث حاليًا على حل التحديات التي تواجهها أجهزة طبية قابلة للزرع مثل أجهزة الاستشعار الكيميائية الحيوية وصانعات القلب ، ولكن لديها أيضًا العديد من التطبيقات غير الغازية المحتملة ، مثل القراءة الأكثر دقة لبيانات الجلد وتحسين العناية بالجروح. تحتوي المادة على خصائص ميكانيكية ناعمة للغاية ومحتوى ماء مرتفع ، والتي تشبه الأنسجة الحية. في الوقت نفسه ، يكون مساميًا أيضًا ، مما يعني أنه يمكن نقل العناصر الغذائية والمواد الكيميائية المختلفة. عندما يتم دمج كل هذه الخصائص ، سيصبح هيدروجيل الجديد أحد أكثر المواد المفيدة في هندسة الأنسجة وتسليم الأدوية.