Samen zacht, kneedbare levende cellen met harde, inflexibele elektronica kan een moeilijke taak zijn. UChicago-onderzoekers hebben een nieuwe methode ontwikkeld om deze uitdaging aan te gaan door microscopische structuren te gebruiken om bio-elektronica op te bouwen in plaats van ze van bovenaf te creëren - waardoor een zeer aanpasbaar product ontstaat.

Onderzoekers zijn erg geïnteresseerd in het maken van elektronica die naadloos kan communiceren met biologische weefsels; deze kunnen worden gebruikt als instrumenten om te onderzoeken hoe cellen en weefsels werken of als medische hulpmiddelen, zoals weefselstimulaties om de ziekte van Parkinson of hartproblemen te behandelen.

Typisch, dergelijke bio-elektronica wordt gecreëerd door een "top-down" benadering, met de elektronica al in elkaar gezet en kleiner gemaakt om bij het biologische systeem te passen. Maar in een nieuwe studie gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , Assoc. Prof. Bozhi Tian en zijn team gebruiken een andere methode. De onderzoekers kozen voor een 'bottom-up'-benadering, waarin kleine bouwstenen, micellen genaamd, samenkomen om op koolstof gebaseerde bio-elektronica te vormen.

Micellen zijn een verzameling moleculen die door interacties met water een bolvormige structuur kunnen vormen. Deze unieke structuren spelen een integrale rol in veel belangrijke biologische en chemische processen, zoals hoe wasmiddelen oliën verwijderen, of hoe het lichaam bepaalde vetten verwerkt.

De kleine micellen komen samen om zeer dunne vellen te vormen die nanoporeus zijn - bedekt met extreem kleine gaatjes - die voor veel meer flexibiliteit zorgen. Deze poriën vergroten het oppervlak, waardoor meer contact en een betere interface mogelijk is. De poriën verbeteren ook de flexibiliteit van het bio-elektronische apparaat, wat belangrijk is omdat de bio-elektronica goed moet kunnen passen bij het zachte biologische membraan. Om dit te begrijpen, stel je de kneedbaarheid voor van een plak cake met zijn vele luchtbellen, versus een dikke brownie.

"Dit is het allereerste onderzoeksartikel dat micellen-aangedreven microscopische zelfassemblage gebruikt voor bio-elektronica, " zei Aleksander Prominski, een afgestudeerde scheikundestudent en co-eerste auteur van het papier. "Het suggereert ook dat we moeten zoeken naar meer principes uit andere gebieden, zoals energieopslag, om bio-interfaces te bouwen."

Een ander positief punt van deze aanpak is de veelzijdigheid bij het bouwen van het apparaat. Het creëren van de bio-elektronica is net zo eenvoudig als het verwisselen van de bouwstenen.

"Onze poreuze koolstofmembranen zijn in staat tot biofysische waarneming en stimulatie, " zei Lingyuan Meng, een afgestudeerde student van de Pritzker School of Molecular Engineering en co-eerste auteur op het papier. "Deze technologie zou ook klinische toepassingen kunnen vinden om aandoeningen zoals epilepsie of Parkinson aan te pakken."