Columbia Engineeringin professori Dion Khodagholyn vetämä tutkijatiimi on kehittänyt ensimmäisen bioyhteensopivan ionitransistorin, joka on riittävän nopea reaaliaikaisen signaalin tunnistamiseen ja aivosignaalien stimulointiin.
- Olemme tehneet transistorin, joka kykenee kommunikoimaan ionien, kehon varauskantajien avulla, nopeudella, joka on tarpeeksi nopea, jotta ne voivat suorittaa neurofysiologian edellyttämiä monimutkaisia laskelmia, toteaa Khodagholy.
- Transistorimme kanava on valmistettu täysin biologisesti yhteensopivista materiaaleista ja se voi olla vuorovaikutuksessa sekä ionien että elektronien kanssa. Tällöin viestintä kehon hermosignaalien kanssa on tehokkaampaa. Nyt pystymme rakentamaan turvallisempia, pienempiä ja älykkäämpiä bioelektronisia laitteita, kuten aivo-kone -rajapintoja, puettavaa elektroniikkaa ja reagoivia terapeuttisia stimulointilaitteita, jotka voidaan implantoida ihmisiin pitkiksi ajoiksi.
Aiemmin bioelektronisissa laitteissa on käytetty perinteisiä transistoreita. Ne on kuitenkin koteloitava huolellisesti, mikä tekee implanteista kookkaita ja jäykkiä.
Nykyiset elektrolyytti- tai sähkökemialliset transistorit eivät myöskään voi toimia tarpeeksi nopeasti, jotta ne voisivat suorittaa neurofysiologisissa sovelluksissa käytettävien bioelektronisten laitteiden tarvitsemat laskelmat.
Tutkijat rakensivat transistorin kanavan johtaviin polymeereihin perustuen. Lisäksi he muokkasivat materiaalia sisältämään omat liikkuvat ionit, jotta transistori saataisiin nopeaksi.
Transistorin käytettiin vain täysin bioyhteensopivia materiaaleja sekä D-sorbitolia eli sokeria. Sokerimolekyylit houkuttelevat vesimolekyylejä ja auttavat transistorin kanavaa pysymään hydratoituna, mutta myös auttavat ioneja kulkemaan helpommin ja nopeammin kanavan sisällä.
Kehitetyllä sisäisesti ionitoimisella orgaanisella sähkökemiallisella transistorilla (IGT) on suuri transkonduktanssi (vahvistuskerroin), hyvä nopeus ja se voidaan tuottaa itsenäiseksi tai soveltaa mikropiirien valmistukseen sopivaksi.
IGT-transistorilla voidaan tuottaa pienikokoinen, pehmeä ja mukautuva rajapinta ihmisen ihoon ja paikallista vahvistusta käyttäen tuottaa sen tasoisia neurosignaaleja, jotka soveltuvat nykyaikaiseen dataprosessointiin.
Lisäksi niitä voitaisiin käyttää tukijoiden mukaan myös implantoitavien suljetun silmukan laitteiden parissa. Tutkijat ovatkin testanneet niitä aivojen lisäksi sydämen, lihaksen ja silmien liikkeen tallentamiseen.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 5.3.2019
