- Suurin osa tekniikka perustuu elektronien virtauksiin, mutta biologia muuntaa signaaleja ioneilla, jotka ovat varautuneita atomeja tai molekyylejä. Jos haluat liitännän elektroniikan ja biologian välille, tarvitset materiaalia, joka tehokkaasti viestii näiden kahden ulottuvuuden yli, sanoo Washingtonin yliopiston kemian professori David Ginger.
Ginger on vetänyt tutkimusta, jossa nämä kaksi erilaista maailmaan saataisiin yhteen. He ovat mittailleet ohutta, johtavasta muovista valmistettua kalvoa, kun se on vuorovaikutuksessa ionien ja elektronien kanssa.
Tutkimuksessa selvisi, että vaihtelut polymeerin rakenteessa tuottivat kalvoon jäykkiä ja vähemmän jäykkiä alueita ja että nämä alueet voivat majoittaa elektroneja tai ioneja - mutta ei molempia yhtä aikaa. Pehmeämmät, ei-jäykät alueet olivat huonoja elektronien johtimia, mutta saattoivat hieman turvota ottamaan vastaan ioneja. Jäykillä alueilla tilanne oli päinvastainen.
Orgaaniset puolijohtavat polymeerit ovat kompleksisia matriiseja, jotka on valmistettu toistuvista yksiköistä runsaasti hiiltä sisältävistä molekyyleistä. Orgaaninen polymeeri, johon mahtuu molempia tyyppejä johtumista - ionit ja elektronit - on avain uusille bioantureille, joustaville bioelektronisille implanteille ja paremmille akuille. Mutta kokoero ja erilainen käyttäytyminen pienten elektronien ja tilaa vievien ionien välillä ovat tehneet tämän vähemmän helpoksi tehtäväksi.
Uudet tulokset osoittavat, kuinka kriittinen polymeerin synteesi ja rakenneprosessi on kalvon sähköisen ja ionisen johtamiskyvyn ominaisuuksille. Tulokset vievät tietä kohti polymeerirakenteita, jotka voivat mahdollistaa elektronien ja ionien kulun.
Tutkijaryhmä mittasi ominaisuudet poly- (3-heksyylitiofeeni) tai P3HT- kalvosta, joka on suhteellisen yleinen orgaaninen puolijohde. Kemiaa ja mekaanista atomitason rasitusta mittaustapana käyttäen selvisi, että tietyillä alueilla kalvo saattoi hieman turvota päästäen ionit virtaamaan kalvoon. Jäykemmät ja kiteisemmät alueet kalvossa eivät turpoa ioneille sopiviksi mutta ne olivat sopivia johtamaan elektroneja.
- Tulevaisuudessa voi olla mahdollista upottaa elektroneja kuljettavaa kiteistä ainetta sisälle materiaaliin, joka on enemmän amorfinen ja voi kuljettaa ioneja, toteaa David Ginger yliopistonsa tiedotteessa. Tällöin voidaan toteuttaa nykyistä parempia bioelektronisia laitteita ja akkuja.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 21.6.2017
