Investigadores de la Universidad de California, Irvine y la Universidad de Columbia en Nueva York incorporaron transistores en un material suave y conformable para crear un implante sensor biocompatible que monitorea la función neurológica a través de las etapas de desarrollo del paciente.
Dr. en un artículo de investigación publicado recientemente comunicación de la naturalezaLos científicos de UC Irvine describen su construcción de transistores electroquímicos orgánicos complementarios, intrínsecos y activados por iones que son química, biológica y eléctricamente más adecuados para los tejidos vivos que las tecnologías rígidas basadas en silicio. Los dispositivos médicos basados en estos transistores pueden funcionar en partes sensibles del cuerpo y adaptarse a la estructura de los órganos incluso a medida que crecen.
“La electrónica avanzada se ha estado desarrollando durante varias décadas, por lo que hay un gran repertorio de diseños de circuitos disponibles. El problema es que muchas de estas tecnologías de transistores y amplificadores no son compatibles con nuestra fisiología”, dijo el coautor Dion Khodagholi, UC. Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de Henry UC Irvine de Irvine Profesor de Ciencias de Excelencia de la Facultad Samueli. “Para nuestro invento utilizamos materiales biopolímeros que están biológicamente cerca de nuestros instintos y lo diseñamos para interactuar con iones, porque el lenguaje del cerebro y del cuerpo es iónico, no electrónico”.
En la bioelectrónica estándar, los transistores complementarios están hechos de diferentes componentes para diferentes polaridades de señal, que, además de ser voluminosos y engorrosos, presentan un riesgo de toxicidad cuando se implantan en áreas sensibles. El equipo de investigadores de la UC Irvine y la Universidad de Columbia solucionó este problema construyendo sus transistores de forma asimétrica que les permite funcionar utilizando un único material biocompatible.
“Un transistor es como una simple válvula que controla el flujo de corriente. En nuestros transistores, el proceso físico que controla esta modulación está controlado por el dopaje y desdopaje electroquímico del canal”, dijo el primer autor Duncan Wisniewski, Ph. D. candidato durante el proyecto que ahora es académico visitante en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de UC Irvine. “Al diseñar dispositivos con contactos asimétricos, podemos controlar la posición del dopaje en el canal y cambiar el foco del potencial negativo al potencial positivo. Este enfoque de diseño nos permite crear un dispositivo complementario utilizando un solo componente”.
Añadió que disponer los transistores en un material pequeño de un solo polímero simplifica enormemente el proceso de fabricación, permite la producción a gran escala y permite que la tecnología se extienda a casi cualquier proceso biopotencial más allá de la aplicación neurológica original.
Khodagholi, que dirige el Laboratorio de Neuroelectrónica Traslacional de UC Irvine, que recientemente se mudó de la Universidad de Columbia a Irvine, dice que el trabajo de su equipo tiene el beneficio adicional de la escalabilidad: “Se pueden fabricar dispositivos de diferentes tamaños y seguir manteniendo esta complementariedad, e incluso se pueden cambiar”. . material, lo que hace que esta invención sea aplicable a múltiples situaciones”.
Se destaca otra ventaja comunicación de la naturaleza El artículo afirma que el dispositivo puede implantarse en un animal en desarrollo y resistir cambios en la estructura del tejido a medida que el organismo crece, lo que no es posible con implantes rígidos a base de silicona.
“Esta característica hará que el dispositivo sea particularmente útil en aplicaciones pediátricas”, dijo la coautora Jennifer Gelinas, profesora asociada de anatomía y neurobiología, así como de pediatría, de UC Irvine, quien también es médica en el Hospital Infantil del Condado de Orange.
“Hemos demostrado nuestra capacidad para crear circuitos integrados complementarios robustos capaces de adquirir y procesar señales biológicas de alta calidad”, dijo Khodagholi. Los transistores electroquímicos orgánicos complementarios, intrínsecos y activados por iones “ampliarán significativamente la aplicación de la bioelectrónica a dispositivos que tradicionalmente han dependido de materiales voluminosos y no biocompatibles”.
Junto a Khodagholy, Gelinas y Wisniewski en este proyecto estaban Claudia Xia, Liang Ma, Alexander Ranschart, Onni Rauhala y Zhifang Zhao de la Universidad de Columbia. El trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencias.