Органический высокоскоростной ионный транзистор

Развитие медицинских электронных систем продвигается значительными темпами. Уже сегодня можно с уверенностью говорить о том, что многие важные достижения современности, особенно в неврологии, связаны с созданием миниатюрных устройств, которые могут взаимодействовать с биологическими субстратами, получая и обрабатывая информацию от них. Эти биоэлектронные конструкции чаще всего используются для улучшения понимания процессов жизнедеятельности живых организмов, что открывает новые возможности для эффективного лечения различных заболеваний и качественной диагностики здоровья. Такие устройства полноценно сочетаются со средой организма, регистрируют сигналы, обнаруживают закономерности и при случае обеспечивают электрическую или химическую стимуляцию для решения проблем и восстановления здоровых показателей определённых областей человеческого тела. Одной из основных составляющих биологических систем являются транзисторы. Задача транзистора заключается в усилении или переключении электрического тока в цепи, однако для его пригодности в качестве безопасного компонента, работающего в организме человека, он должен соответствовать многочисленным критериям. В настоящий момент ведутся различные исследования для создания долговечных и безопасных транзисторов. Учёные Колумбийского университета (США) представили проект первого полностью биосовместимого ионного транзистора, способного быстро принимать сигналы в режиме реального времени и обеспечивать стимуляцию мозговых сигналов.

Органический электрохимический транзистор с внутренним ионным управлением (IGT) работает через подвижные ионы, содержащиеся в проводящем полимерном канале, чтобы обеспечить как объёмную ёмкость (ионные взаимодействия, охватывающие весь объём канала), так и сокращённое время прохождения ионов. IGT имеет большую трансдуктивность (коэффициент усиления), высокую скорость, и может изготовляться в микропроцессоре для создания масштабируемых совместимых интегральных схем. В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, учёные демонстрируют способность своего IGT обеспечивать миниатюрный, мягкий, совместимый интерфейс с кожей человека, используя локальное усиление для записи высококачественных нейронных сигналов, подходящих для расширенной обработки данных.

«Мы создали транзистор, который может связываться используя ионы, носители заряда организма, на достаточно быстрых скоростях для выполнения сложных вычислений, необходимых для нейрофизиологии, изучения функций нервной системы», — говорят учёные. «Канал нашего транзистора сделан из полностью биосовместимых материалов и может взаимодействовать как с ионами, так и с электронами, что делает связь с нейронными сигналами тела более эффективной. Теперь мы сможем создавать более безопасные и меньшие по размеру интеллектуальные биоэлектронные устройства, такие как интерфейсы мозг-машина, носимая электроника и чувствительные устройства для терапевтической стимуляции, которые могут быть имплантированы человеку на длительный период времени».

В прошлом традиционные кремниевые транзисторы использовались в биоэлектронных устройствах, но они должны быть тщательно герметизированы, чтобы избежать контакта с биологическими жидкостями — как для безопасности пациента, так и для правильной работы устройства. Такое требование делает имплантаты на основе этих транзисторов громоздкими и малопригодными. В то же время, параллельно с кремниевыми, в области органической электроники была проделана большая работа по созданию гибких транзисторов из пластика, включая такие конструкции, как электролитические или электрохимические транзисторы, которые могут модулировать их выход на основе ионных токов. Однако подобные технологии не могут работать достаточно быстро, чтобы выполнять вычисления, необходимые для биоэлектронных устройств, используемых в приложениях нейрофизиологии. И вот, учёные из Колумбийского университета создали транзисторный канал на основе проводящих полимеров для обеспечения ионной модуляции и, чтобы сделать устройство быстрым, они модифицировали материал для получения собственных подвижных ионов. Сокращая расстояние, которое должны пройти ионы в структуре полимера, они во много раз увеличили скорость транзистора по сравнению с другими ионными конструкциями того же размера. «Важно отметить, что мы использовали только полностью биосовместимый материал для создания устройства. Наш секретный ингредиент — сорбит или сахар. Молекулы сахара привлекают молекулы воды и не только помогают каналу транзистора оставаться гидратированным, но и помогают ионам легче и быстрее перемещаться по каналу». Таким образом, сделан значительный шаг в сторону создания более эффективной медицинской электроники.

 

ссылка по теме

 

Читайте также:

Самовосстанавливающийся гидрогель могут применить в медицине

Новые дистанционно управляемые медицинские микророботы

Приложение, улучшающее концентрацию внимания

5 удивительных фактов о мозге

Что такое нейронаука?

Датчик для отслеживания здоровья, работающий от солнечного света

Микророботы на основе гидрогеля

Ходьба по лестнице полезна для здоровья

 

 

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

*


ВверхВверх