גשר בין ביולוגיה ואלקטרוניקה

חוקרים במעבדתה של דיקנית הפקולטה למדע והנדסה של חומרים פיתחו התקנים המגשרים בין אלקטרוניקה וביולוגיה – התקנים המתאימים בין השאר לניטור יונים שונים בתמיסה וחישה במערכות ביולוגיות.

את המחקר הובילו הדוקטורנט אייל שטיין ודיקנית הפקולטה פרופ’ גיטי פריי והשתתפו בו עמיתיהם בפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון בטכניון, אוניברסיטת אוקספורד ואוניברסיטת המלך עבדאללה למדע וטכנולוגיה בסעודיה. המאמר התפרסם ב-Nature Communications.

פרופ’ גיטי פריי ואייל שטיין

חוקרי הטכניון פיתחו במחקר זה ארגז כלים ליצירת OECTs – טרנזיסטורים אלקטרוכימיים אורגניים המשמשים במגוון רחב של יישומים, לרבות יישומים המצריכים התאמה לרקמות ביולוגיות (bio-compatible). רכיבים אלה ממירים אותות יוניים בתמיסה מימית לאותות חשמליים ולכן מתאימים במיוחד לשימושים המצויים על הממשק שבין ביולוגיה ואלקטרוניקה. “פעולת ההתקנים מבוססת על אינטראקציה צמודה בין יונים ואלקטרונים,” מסבירה פרופ’ פריי, “ולכן מתאפשר כאן תרגום בין שני סוגי האותות שמסוגלים ‘לדבר’ ביניהם. התרגום הזה בין אותות ביולוגיים לאותות חשמליים חיוני לפיתוח של התקנים רפואיים חדשניים.”

חדשנותו של המחקר מצויה ביצירת התקן אמביפולרי – כזה שמסוגל להוליך זרם של אלקטרונים ועמיתיהם בעלי המטען המנוגד, חורים, על ידי שילוב של שני חומרים פעילים בעלי קיטובים מנוגדים (פוליתיופן ונגזרת של פולרן). שילוב זה מאפשר ורסטיליות רבה להתקן וביצועים משופרים יחסית לחומרים קיימים. המחקר שפורסם מאשש כי שני הרכיבים פעילים מבחינת אופטית, אלקטרוכימית וחשמלית, ובה בעת אינם מפריעים זה לזה. אחידות השכבה הפעילה והיציבות החשמלית טובות הודות למיקרו-מבנה של השכבה ברמה הננומטרית.

הטכנולוגיה החדשה עשויה להאיץ את פיתוחם וייצורם של מעגלים משולבים מבוססי OECTs אמביפולריים לטובת שימושים ביולוגיים. להערכת החוקרים, ההישג הנוכחי יסלול דרך לתכן וייצור של דור חדש של ביואלקטרוניקה קומפקטית, גמישה לשינויים ופשוטה לייצור. טכנולוגיה זו יכולה לשמש בין השאר לאבחון מיידי של מצבים פיזיולוגיים שונים, התפתחות סרטנית, פעילות מוחית ועוד על סמך שינויים בנוזלי גוף וברקמות רכות.

סכמה של ההתקן האמביפולרי (ימין) וגרף שמראה את הביצועים שלו במתחים חיוביים ושליליים (שמאל) עם המולקולות שבהן נעשה שימוש במחקר.

למחקר – לחצו כאן

במחקר תמך האיחוד האירופי (מענק בתוכנית Horizon 2020).