Forskere opdager ny strategi for udvikling af menneskeintegreret elektronik

Polymerhalvledere - materialer, der er blevet gjort bløde og elastiske, men stadig i stand til at lede elektricitet - lover fremtidig elektronik, der kan integreres i kroppen, herunder sygdomsdetektorer og sundhedsmonitorer.

Men indtil nu, videnskabsmænd og ingeniører har ikke været i stand til at give disse polymerer visse avancerede funktioner, som evnen til at fornemme biokemikalier, uden at forstyrre deres funktionalitet helt.

Forskere ved Pritzker School of Molecular Engineering (PME) har udviklet en ny strategi for at overvinde denne begrænsning. Kaldes "klik-til-polymer" eller CLIP, denne tilgang bruger en kemisk reaktion til at fastgøre nye funktionelle enheder på polymerhalvledere.

Ved at bruge den nye teknik, forskere udviklede en polymer glukose overvågningsenhed, demonstrerer de mulige anvendelser af CLIP i menneskeintegreret elektronik. Resultaterne blev offentliggjort den 4. august i tidsskriftet Stof .

"Halvledende polymerer er et af de mest lovende materialesystemer til bærbar og implanterbar elektronik, " sagde Asst. Prof. Sihong Wang, der ledede forskningen. "Men vi mangler stadig at tilføje mere funktionalitet for at kunne opsamle signaler og administrere terapier. Vores metode kan arbejde bredt for at inkorporere forskellige typer funktionelle grupper, som vi håber vil føre til vidtrækkende spring på området."

Funktionaliserende polymerer uden at forringe deres effektivitet

For at opnå nye funktionaliteter af disse halvledende polymerer - også kaldet konjugerede polymerer - har mange forskere tidligere forsøgt at bygge dem fra bunden ved at inkorporere avancerede funktioner i de molekylære designs direkte. Men konventionelle procedurer for at gøre dette har fejlet, enten fordi molekylerne ikke har været i stand til at modstå de nødvendige betingelser for at binde dem til polymerkæderne, eller fordi synteseprocessen mindskede deres effektivitet.

For at overvinde dette, Wang, med kandidatstuderende Nan Li, udviklede CLIP-metoden, som bruger en kobberkatalyseret azid-alkyn-cycloaddition til at tilføje funktionelle enheder til en polymer. Fordi denne "klikreaktion" sker, efter at polymeren er skabt, det påvirker ikke dets oprindelige egenskaber meget.

Ikke kun det, reaktionen kunne bruges til bulkfunktionalisering af polymeren og overfladefunktionalisering - begge vigtige for at skabe funktionel elektronik.

Et potentielt spilskiftende system

For at demonstrere effektiviteten af ​​CLIP, forskerne vedhæftede enheder, der kunne fotomønstre polymeren, vigtigt for at designe kredsløb i materialet. De tilføjede også funktionalitet til direkte at fornemme biomolekyler. Deres biomolekylesensor brugte et glucoseoxidaseenzym til at detektere glucose, som så forårsager ændringer i polymerens elektriske ledningsevne og forstærker signalet.

Nu bygger gruppen videre på deres succes ved at tilføje andre bioaktive og biokompatible funktionaliteter til disse polymerer, som Li siger "har potentialet til at blive en spilskiftende teknologi."

"Vi håber, at forskere på tværs af feltet vil bruge vores metode til at give endnu mere funktionalitet i dette materialesystem og bruge dem til at udvikle den næste generation af menneskeintegreret elektronik som et nøgleværktøj i sundhedsvæsenet, " sagde Wang.