Er is een nieuw organisch (op koolstof gebaseerd) halfgeleidend materiaal ontwikkeld dat de bestaande opties voor het bouwen van de volgende generatie biosensoren overtreft. Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van KAUST is de eerste die een aantal cruciale uitdagingen bij de ontwikkeling van dit polymeer heeft overwonnen.

Er wordt momenteel veel onderzoek gedaan naar nieuwe soorten biosensoren die rechtstreeks met het lichaam interageren om belangrijke biochemicaliën te detecteren en als indicatoren van gezondheid en ziekte te dienen.

"Om een ​​sensor compatibel te maken met het lichaam, we moeten zachte organische materialen gebruiken met mechanische eigenschappen die overeenkomen met die van biologische weefsels, " zegt Rawad Hallani, een voormalig onderzoeker in het KAUST-team, die het polymeer samen met onderzoekers van verschillende universiteiten in de V.S. en het V.K. ontwikkelde.

Hallani legt uit dat het polymeer is ontworpen voor gebruik in apparaten die organische elektrochemische transistors (OECT's) worden genoemd. Voor dit soort apparaten het polymeer moet het mogelijk maken dat specifieke ionen en biochemische verbindingen in het polymeer doordringen en het dopen, die op zijn beurt zijn elektrochemische halfgeleidende eigenschappen kan moduleren. "De fluctuatie in de elektrochemische eigenschappen is wat we eigenlijk meten als een uitgangssignaal van de OECT, " hij zegt.

Het team moest verschillende chemische uitdagingen het hoofd bieden, omdat zelfs kleine veranderingen in de structuur van het polymeer een aanzienlijke invloed kunnen hebben op de prestaties. Veel andere onderzoeksgroepen hebben geprobeerd dit specifieke polymeer te maken, maar het KAUST-team is de eerste die slaagt.

Hun innovatie is gebaseerd op polymeren die polythiofenen worden genoemd met chemische groepen die glycolen worden genoemd en die op nauwkeurig gecontroleerde posities zijn bevestigd. Leren hoe de locaties van de glycolgroepen te controleren op manieren die voorheen niet werden bereikt, was een belangrijk aspect van de doorbraak.

"Het identificeren van het juiste polymeerontwerp om aan alle criteria te voldoen waarnaar u op zoek bent, is het moeilijke deel, ", zegt Hallani. "Soms kan wat de prestaties van het materiaal kan optimaliseren, de stabiliteit negatief beïnvloeden, dus we moeten rekening houden met zowel de energetische als de elektronische eigenschappen van het polymeer."

Geavanceerde computationele chemiemodellering werd gebruikt om het juiste ontwerp te helpen bereiken. Het team werd ook geholpen door gespecialiseerde röntgenverstrooiingsanalyse en scanning tunneling elektronenmicroscopie om de structuur van hun polymeren te volgen. Deze technieken onthulden hoe de locatie van de glycolgroepen de microstructuur en elektronische eigenschappen van het materiaal beïnvloedde.

"We zijn enthousiast over de vooruitgang die Rawad heeft geboekt op het gebied van polymeersynthese, en we kijken er nu naar uit om ons nieuwe polymeer te testen in specifieke biosensor-apparaten", zegt Iain McCulloch van het KAUST-team, die ook verbonden is aan de Universiteit van Oxford in het VK.