Polymerhalvledare – material som har gjorts mjuka och stretchiga men som fortfarande kan leda elektricitet – lovar framtida elektronik som kan integreras i kroppen, inklusive sjukdomsdetektorer och hälsoövervakare.

Ändå tills nu, forskare och ingenjörer har inte kunnat ge dessa polymerer vissa avancerade egenskaper, som förmågan att känna av biokemikalier, utan att helt störa deras funktionalitet.

Forskare vid Pritzker School of Molecular Engineering (PME) har utvecklat en ny strategi för att övervinna den begränsningen. Kallas "klicka-för-polymer" eller CLIP, detta tillvägagångssätt använder en kemisk reaktion för att fästa nya funktionella enheter på polymerhalvledare.

Med den nya tekniken, forskare utvecklade en anordning för övervakning av polymerglukos, demonstrera möjliga tillämpningar av CLIP i mänskligt integrerad elektronik. Resultaten publicerades den 4 augusti i tidskriften Materia .

"Halvledande polymerer är ett av de mest lovande materialsystemen för bärbar och implanterbar elektronik, "sade assisterande prof. Sihong Wang, som ledde forskningen. "Men vi behöver fortfarande lägga till mer funktionalitet för att kunna samla in signaler och administrera terapier. Vår metod kan fungera brett för att inkorporera olika typer av funktionella grupper, som vi hoppas ska leda till långtgående språng på området."

Funktionaliserande polymerer utan att minska deras effektivitet

För att uppnå nya funktioner hos dessa halvledande polymerer – även kallade konjugerade polymerer – har många forskare tidigare försökt bygga dem från grunden genom att direkt införliva avancerade funktioner i de molekylära designerna. Men konventionella procedurer för att göra detta har misslyckats, antingen för att molekylerna inte har kunnat motstå de förhållanden som krävs för att fästa dem till polymerkedjorna, eller för att syntesprocessen minskade deras effektivitet.

För att övervinna detta, Wang, med doktoranden Nan Li, utvecklade CLIP-metoden, som använder en kopparkatalyserad azid-alkyncykloaddition för att lägga till funktionella enheter till en polymer. Eftersom denna "klickreaktion" sker efter att polymeren har skapats, det påverkar inte dess ursprungliga egenskaper särskilt mycket.

Inte bara det, reaktionen skulle kunna användas i bulkfunktionalisering av polymeren och i ytfunktionalisering – båda väsentliga för att skapa funktionell elektronik.

Ett potentiellt spelförändrande system

För att demonstrera effektiviteten av CLIP, forskarna bifogade enheter som kunde fotomönstra polymeren, viktigt för att designa kretsar i materialet. De lade också till funktionalitet för att direkt känna av biomolekyler. Deras biomolekylsensor använde ett glukosoxidasenzym för att detektera glukos, vilket sedan orsakar förändringar i polymerens elektriska konduktans och förstärker signalen.

Nu bygger gruppen vidare på sin framgång genom att lägga till andra bioaktiva och biokompatibla funktioner till dessa polymerer, som Li säger "har potentialen att bli en spelförändrande teknik."

"Vi hoppas att forskare över hela fältet kommer att använda vår metod för att ge ännu mer funktionalitet till detta materialsystem och använda dem för att utveckla nästa generation av mänskligt integrerad elektronik som ett viktigt verktyg inom vården, " sa Wang.