Opbygning af en bedre biosensorpolymer

Der er udviklet et nyt organisk (kulstofbaseret) halvledende materiale, som overgår eksisterende muligheder for at bygge den næste generation af biosensorer. Et internationalt forskerhold ledet af KAUST er de første til at overvinde nogle kritiske udfordringer i udviklingen af ​​denne polymer.

En stor forskningsindsats er i øjeblikket brugt på nye typer biosensorer, der interagerer direkte med kroppen for at detektere vigtige biokemikalier og tjene som indikatorer for sundhed og sygdom.

"For at en sensor skal være kompatibel med kroppen, vi skal bruge bløde organiske materialer med mekaniske egenskaber, der matcher biologiske vævs egenskaber, " siger Rawad Hallani, en tidligere forsker i KAUST-teamet, der udviklede polymeren sammen med forskere ved flere universiteter i USA og Storbritannien.

Hallani forklarer, at polymeren er designet til brug i enheder kaldet organiske elektrokemiske transistorer (OECT'er). For disse typer enheder, polymeren skal tillade specifikke ioner og biokemiske forbindelser at trænge ind i polymeren og dope den, som igen kan modulere dens elektrokemiske halvledende egenskaber. "Udsvinget i de elektrokemiske egenskaber er det, vi faktisk måler som et udgangssignal fra OECT, " han siger.

Holdet måtte konfrontere adskillige kemiske udfordringer, fordi selv mindre ændringer i polymerens struktur kan have en betydelig indflydelse på ydeevnen. Mange andre forskergrupper har forsøgt at lave netop denne polymer, men KAUST-holdet er det første, der har succes.

Deres innovation er baseret på polymerer kaldet polythiophener med kemiske grupper kaldet glykoler bundet i præcist kontrollerede positioner. At lære at kontrollere placeringen af ​​glykolgrupperne på måder, der ikke tidligere er opnået, var et nøgleaspekt af gennembruddet.

"At identificere det rigtige polymerdesign, der passer til alle de kriterier, du leder efter, er den svære del, " siger Hallani. "Nogle gange kan det, der kan optimere materialets ydeevne, påvirke dets stabilitet negativt, så vi skal huske på polymerens energiske såvel som de elektroniske egenskaber."

Sofistikeret beregningsmæssig kemimodellering blev brugt til at hjælpe med at opnå det rigtige design. Holdet blev også hjulpet af specialiseret røntgenspredningsanalyse og scanning tunneling elektronmikroskopi for at overvåge strukturen af ​​deres polymerer. Disse teknikker afslørede, hvordan placeringen af ​​glykolgrupperne påvirkede materialets mikrostruktur og elektroniske egenskaber.

"Vi er begejstrede over de fremskridt, Rawad har gjort med polymersyntesen, og vi ser nu frem til at teste vores nye polymer i specifikke biosensorenheder." siger Iain McCulloch fra KAUST-teamet, som også er tilknyttet University of Oxford i U.K.