Penemuan kebetulan oleh pasukan dari Rice University, University of Cambridge dan Stanford University telah meningkatkan kestabilan PEDOT:PSS, bahan bioelektronik penting yang digunakan dalam implan perubatan, pengkomputeran dan biosensor, yang berpotensi merevolusikan bidang ini.
Penemuan kebetulan telah menyebabkan saintis dari Universiti Rice, Universiti Cambridge dan Universiti Stanford untuk memudahkan penghasilan PEDOT:PSS, bahan komposit yang penting untuk penyelidikan perubatan, pengkomputeran dan peranti bioelektronik.
Selama lebih 20 tahun, saintis telah bergantung pada penghubung silang kimia untuk menstabilkan PEDOT:PSS — gabungan dua polimer — menjadikannya sesuai untuk aplikasi lanjutan.
Walau bagaimanapun, Siddharth Doshi, seorang pelajar kedoktoran Stanford dan pengarang bersama pertama kajian itu, mendapati bahawa meninggalkan pemaut silang dan sebaliknya menggunakan suhu yang lebih tinggi menghasilkan bahan yang stabil secara tidak dijangka.
"Ia lebih merupakan penemuan kebetulan kerana Siddharth mencuba proses yang sangat berbeza dengan resipi standard, tetapi sampel masih kelihatan baik," kata pengarang yang sepadan dengan Scott Keene, seorang saintis bahan dari Rice University, dalam satu siaran berita. "Kami seperti, 'Tunggu! Betul ke?' Ini mendorong kami untuk melihat mengapa dan bagaimana ini berfungsi.”
Para penyelidik mendapati bahawa pemanasan PEDOT:PSS melebihi ambang biasa menstabilkannya tanpa pemaut silang dan meningkatkan kualiti bahan. Kejayaan ini boleh memudahkan pembuatan implan saraf, biosensor dan sistem pengkomputeran generasi akan datang, meningkatkan kebolehpercayaan dan kecekapan.
PEDOT:PSS menjalankan kedua-dua cas elektronik dan ionik, satu ciri yang merapatkan jurang antara tisu biologi dan peranti teknologi.
"Ia membolehkan anda pada dasarnya bercakap bahasa otak," tambah Keene, menekankan kepentingannya untuk neuroteknologi.
Menghapuskan pemaut silang bukan sahaja menyelaraskan proses fabrikasi tetapi juga meningkatkan prestasi. Kaedah baharu ini menghasilkan bahan dengan kekonduksian elektrik tiga kali lebih tinggi dan kestabilan yang lebih baik, yang penting untuk aplikasi perubatan di mana konsistensi adalah penting.
Penyambung silang yang digunakan sebelum ini mencipta jaringan yang saling bersambung, meninggalkan beberapa helai larut air terdedah, menyebabkan isu kestabilan dan potensi ketoksikan. Sebaliknya, suhu yang lebih tinggi menyusun semula polimer secara dalaman, meningkatkan kestabilan tanpa bahan kimia berbahaya.
"Kaedah ini cukup memudahkan banyak masalah yang dihadapi oleh orang ramai dengan PEDOT:PSS," tambah Keene. "Ia juga pada asasnya menghapuskan bahan kimia yang berpotensi toksik."
Margaux Forner, seorang pelajar kedoktoran di Cambridge dan pengarang bersama pertama kajian itu, menyerlahkan fabrikasi dan kebolehpercayaan peranti yang dirawat haba yang lebih baik seperti transistor dan perangsang saraf tunjang.
"Peranti yang dibuat daripada PEDOT:PSS yang dirawat haba terbukti teguh dalam eksperimen in vivo yang kronik, mengekalkan kestabilan selama lebih 20 hari selepas implantasi," kata Forner dalam siaran berita.
Kaedah ini juga mengekalkan prestasi elektrik yang sangat baik apabila bahan itu diregangkan, mempamerkan potensi untuk peranti bioelektronik yang tahan lama.
Penyelidikan itu juga boleh menjelaskan isu kestabilan sebelumnya dalam implan saraf jangka panjang, yang berpotensi meningkatkan neuroteknologi untuk memulihkan pergerakan selepas kecederaan saraf tunjang atau meningkatkan antara muka peranti otak.
Selain itu, pasukan itu telah membangunkan cara untuk mencorak PEDOT:PSS ke dalam struktur 3D mikroskopik menggunakan laser femtosaat berketepatan tinggi. Kemajuan ini boleh meningkatkan cara peranti bioelektronik berinteraksi dengan sel, meningkatkan integrasi dan umur panjang.
"Kami sangat teruja dengan keupayaan untuk mencetak polimer 3D pada skala mikro," tambah Doshi.
Keupayaan ini boleh mengubah fabrikasi antara muka saraf, menggalakkan integrasi tisu yang lebih baik.
Keene juga meneroka potensi bahan dalam peranti memori neuromorfik, yang meniru proses pembelajaran seperti otak. Penyelidikan ini boleh mempercepatkan kemajuan dalam kecerdasan buatan.
Penyelidikan dari Rice University, Cambridge dan Stanford boleh merevolusikan masa depan bioelektronik, menjadikannya lebih selamat dan lebih berkesan.
sumber: Universiti Rice