پژوهشگران «دانشگاه کالیفرنیا ارواین»(UC Irvine) و «دانشگاه کلمبیا»(Columbia University)، ترانزیستورها را در یک ماده نرم تعبیه کرده‌اند تا یک حسگر زیست‌سازگار بسازند که بر عملکردهای عصبی در مراحل متوالی پیشروی بیماری نظارت می‌کند.

به نقل از وب‌سایت رسمی دانشگاه کالیفرنیا ارواین، پژوهشگران فناوری خود را که از ترانزیستورهای الکتروشیمیایی آلی تشکیل شده است، دارای دروازه یونی و آلی توصیف کردند که از نظر شیمیایی، بیولوژیکی و الکترونیکی نسبت به فناوری‌های سفت سیلیکونی، سازگاری بیشتری با بافت‌های زنده دارد. دستگاه پزشکی مبتنی بر این ترانزیستورها می‌تواند در قسمت‌های حساس بدن کار کند و حتی همزمان با رشد آنها با ساختارهای اندام مطابقت داشته باشد.

«دیون خداقلی»(Dion Khodagholy) استاد عالی دانشکده مهندسی برق و علوم رایانه دانشگاه کالیفرنیا ارواین و سرپرست این پژوهش گفت: الکترونیک پیشرفته چندین دهه است که به توسعه خود ادامه می‌دهد و به همین دلیل، ذخیره بزرگی از طرح‌ها برای مدار وجود دارد. مشکل این است که بیشتر ترانزیستورها و تقویت‌کننده‌ها با فیزیولوژی بدن ما سازگار نیستند. ما برای نوآوری خود، از مواد پلیمری آلی استفاده کردیم که ذاتا از نظر بیولوژیکی به ما نزدیک‌تر هستند و آن را طوری طراحی کردیم که با یون‌ها تعامل داشته باشد زیرا زبان مغز و بدن یونی است و نه الکترونیکی.

در حوزه بیوالکترونیک استاندارد، ترانزیستورهای مکمل از مواد گوناگونی تشکیل شده‌اند تا قطبیت‌ متفاوت سیگنال‌ها را نشان دهند. آنها علاوه بر دست‌وپاگیر بودن، هنگام کاشت در مناطق حساس بدن، خطر سمی کردن آنها را نیز به همراه دارند. این گروه پژوهشی با ساخت ترانزیستورها به یک شکل نامتقارن که آنها را قادر می‌سازد تا با استفاده از یک ماده زیست‌سازگار کار کنند، این مشکل را حل کردند.

«دانکن ویسنیوسکی»(Duncan Wisniewski) دانشجوی مقطع دکتری دانشگاه کلمبیا گفت. ترانزیستور مانند یک دریچه ساده است که جریان را کنترل می‌کند. فرآیند فیزیکی کنترل‌کننده در ترانزیستورهای ما توسط آلایش الکتروشیمیایی و حذف آلایش کانال کنترل می‌شود. از طریق طراحی دستگاه‌هایی با اتصال‌های نامتقارن می‌توانیم محل آلایش را در کانال کنترل کنیم و تمرکز را از پتانسیل منفی به پتانسیل مثبت تغییر دهیم. این روش طراحی به ما امکان می‌دهد تا با استفاده از یک ماده واحد، یک دستگاه مکمل بسازیم.

ویسنیوسکی ادامه داد: چیدمان ترانزیستورها در یک ماده تک‌پلیمری کوچک‌تر، فرآیند ساخت را بسیار ساده می‌کند، تولید را در مقیاس بزرگ امکان‌پذیر می‌سازد و فرصت‌هایی را برای گسترش فناوری فراتر از کاربرد اصلی فراهم می‌آورد.

خداقلی با بیان این که کار گروهش یک مزیت دیگر را در مقیاس‌پذیری دارد، گفت: شما می‌توانید اندازه‌های متفاوتی را از دستگاه بسازید و همچنان این مکمل را حفظ کنید. حتی می‌توانید مواد را تغییر دهید که این نوآوری را در موقعیت‌های گوناگون قابل اجرا می‌کند.

مزیت دیگر این است که دستگاه را می‌توان در بدن یک حیوان در حال رشد کاشت تا با رشد ارگانیسم در ساختارهای بافتی مقاومت کند. چنین کاری با ایمپلنت‌های سفت سیلیکونی امکان‌پذیر نیست.

«جنیفر گلیناس»(Jennifer Gelinas) دانشیار کالبدشناسی و زیست‌شناسی عصبی دانشگاه کالیفرنیا ارواین و پزشک «بیمارستان کودکان اورنج کانتی»(CHOC) گفت: این ویژگی، دستگاه را به ویژه برای استفاده در کودکان سودمند می‌سازد.

خداقلی گفت: ما توانایی خود را در ایجاد مدارهای یکپارچه مکمل و قوی نشان دادیم که قادر به دریافت و پردازش سیگنال‌های بیولوژیکی باکیفیت هستند. ترانزیستورهای الکتروشیمیایی آلی با دروازه یونی و مکمل، کاربرد بیوالکترونیک را در دستگاه‌هایی که به طور سنتی بر اجزای بزرگ و غیر سازگار متکی بوده‌اند، به طور قابل ملاحظه‌ای گسترش خواهند داد.

این پژوهش در مجله «Nature Communications» به چاپ رسید.