Polymeerhalfgeleiders - materialen die zacht en rekbaar zijn gemaakt maar nog steeds in staat zijn om elektriciteit te geleiden - zijn veelbelovend voor toekomstige elektronica die in het lichaam kan worden geïntegreerd, inclusief ziektedetectoren en gezondheidsmonitors.

Maar tot nu toe, wetenschappers en ingenieurs zijn niet in staat geweest om deze polymeren bepaalde geavanceerde eigenschappen te geven, zoals het vermogen om biochemicaliën te voelen, zonder hun functionaliteit volledig te verstoren.

Onderzoekers van de Pritzker School of Molecular Engineering (PME) hebben een nieuwe strategie ontwikkeld om die beperking te overwinnen. Genaamd "click-to-polymeer" of CLIP, deze benadering maakt gebruik van een chemische reactie om nieuwe functionele eenheden aan polymere halfgeleiders te hechten.

Door gebruik te maken van de nieuwe techniek, onderzoekers ontwikkelden een polymeer glucosemonitor, demonstreren van de mogelijke toepassingen van CLIP in mensgeïntegreerde elektronica. De resultaten zijn op 4 augustus gepubliceerd in het tijdschrift Materie .

"Halfgeleidende polymeren zijn een van de meest veelbelovende materiaalsystemen voor draagbare en implanteerbare elektronica, " zei Assistent Prof. Sihong Wang, die het onderzoek leidde. "Maar we moeten nog meer functionaliteit toevoegen om signalen te kunnen verzamelen en therapieën toe te dienen. Onze methode kan breed werken om verschillende soorten functionele groepen op te nemen, waarvan we hopen dat het zal leiden tot verreikende sprongen in het veld."

Functionaliseren van polymeren zonder hun werkzaamheid te verminderen

Om nieuwe functionaliteiten van deze halfgeleidende polymeren te bereiken - ook wel geconjugeerde polymeren genoemd - hebben veel onderzoekers eerder geprobeerd ze helemaal opnieuw te bouwen door geavanceerde functies rechtstreeks in de moleculaire ontwerpen op te nemen. Maar conventionele procedures om dit te doen hebben gefaald, ofwel omdat de moleculen niet bestand zijn geweest tegen de omstandigheden die nodig zijn om ze aan de polymeerketens te hechten, of omdat het syntheseproces hun werkzaamheid verminderde.

Om dit te overwinnen, Wang, met afgestudeerde student Nan Li, ontwikkelde de CLIP-methode, die een door koper gekatalyseerde azide-alkyncycloadditie gebruikt om functionele eenheden aan een polymeer toe te voegen. Omdat deze "klikreactie" plaatsvindt nadat het polymeer is gemaakt, het heeft niet veel invloed op de oorspronkelijke eigenschappen.

Niet alleen dat, de reactie zou kunnen worden gebruikt bij bulkfunctionalisering van het polymeer en bij oppervlaktefunctionalisering - beide essentieel voor het creëren van functionele elektronica.

Een potentieel baanbrekend systeem

Om de effectiviteit van CLIP aan te tonen, de onderzoekers bevestigden eenheden die het polymeer konden fotomodelleren, belangrijk voor het ontwerpen van circuits in het materiaal. Ze voegden ook functionaliteit toe om biomoleculen direct te detecteren. Hun biomolecuulsensor gebruikte een glucose-oxidase-enzym om glucose te detecteren, die vervolgens veranderingen in de elektrische geleiding van het polymeer veroorzaakt en het signaal versterkt.

Nu bouwt de groep voort op hun succes door andere bioactieve en biocompatibele functionaliteiten aan deze polymeren toe te voegen. waarvan Li zegt dat "het potentieel heeft om een ​​baanbrekende technologie te worden."

"We hopen dat onderzoekers in het hele veld onze methode zullen gebruiken om nog meer functionaliteit aan dit materiële systeem te geven en deze te gebruiken om de volgende generatie van door mensen geïntegreerde elektronica te ontwikkelen als een belangrijk hulpmiddel in de gezondheidszorg, ' zei Wang.