För samman mjuka, formbara levande celler med hårda, oflexibel elektronik kan vara en svår uppgift. UChicago-forskare har utvecklat en ny metod för att möta denna utmaning genom att använda mikroskopiska strukturer för att bygga upp bioelektronik snarare än att skapa dem uppifrån och ner – skapa en mycket anpassningsbar produkt.

Forskare är mycket intresserade av att skapa elektronik som sömlöst kan samverka med biologiska vävnader; dessa skulle kunna användas som verktyg för att undersöka hur celler och vävnader fungerar eller som medicinsk utrustning – som vävnadsstimulering för att behandla Parkinsons sjukdom eller hjärtproblem.

Vanligtvis, sådan bioelektronik skapas genom en "top-down"-strategi, med elektroniken redan sammansatt och gjort mindre för att passa med det biologiska systemet. Men i en ny studie publicerad i Naturens nanoteknik , Assoc. Prof. Bozhi Tian och hans team använder en annan metod. Forskarna tog en "bottom-up"-strategi, där små byggstenar som kallas miceller går samman för att bilda kolbaserad bioelektronik.

Miceller är en samling molekyler som kan bilda en sfärisk struktur på grund av interaktioner med vatten. Dessa unika strukturer spelar en integrerad roll i många viktiga biologiska och kemiska processer, till exempel hur rengöringsmedel tar bort oljor, eller hur kroppen bearbetar vissa fetter.

De små micellerna går samman för att bilda mycket tunna ark som är nanoporösa – täckta med extremt små hål – vilket möjliggör mycket mer flexibilitet. Dessa porer ökar ytan, ger mer kontakt och ett bättre gränssnitt. Porerna förbättrar också flexibiliteten hos den bioelektroniska enheten, vilket är viktigt eftersom det bioelektroniska behöver kunna passa bra med det mjuka biologiska membranet. För att förstå detta, föreställ er formbarheten hos en kaka med dess många luftfickor, kontra en tät brownie.

"Detta är det allra första forskningsdokumentet som använder micelldriven mikroskopisk självmontering för bioelektronik, sa Aleksander Prominski, en doktorand i kemi och medförfattare till uppsatsen. "Det föreslår också att vi bör leta efter fler principer från andra områden, som energilagring, att konstruera biogränssnitt."

Ett annat positivt till detta tillvägagångssätt är mångsidigheten i att bygga enheten. Att skapa bioelektroniken är lika enkelt som att byta ut byggstenarna.

"Våra porösa kolmembran är kapabla till biofysisk avkänning och stimulering, sa Lingyuan Meng, en doktorand från Pritzker School of Molecular Engineering och medförsta författare på tidningen. "Denna teknik kan även hitta kliniska tillämpningar för att hantera tillstånd som epilepsi eller Parkinsons."