Elävää metallia biologian ja elektroniikan välille

Binghamtonin yliopiston uusi tutkimus saattaa määritellä bioelektroniikan tulevaisuuden uudelleen

Professori Seokheun Choi johdolla Maryam Rezaie ja Yang Gao ovat tehneet uraauurtavan tutkimuksen nestemäisistä "elävistä metallikomposiiteista", jotka saattaisivat määritellä bioelektroniikan tulevaisuuden uudelleen.

Työtehtävinään Choi kehittää innovatiivisia teknologioita elektronisten ja biologisten järjestelmien välisen kuilun kaventamiseksi.

Hän uskoo, että sähkögeeniset bakteerit – solut, jotka tuottavat pieniä määriä energiaa – ovat avainasemassa. Yhdistämällä nestemäistä metallia Bacillus subtilis -bakteerin lepotilassa oleviin endosporeihin, joita Choi on käyttänyt bioakkujen kehittämiseen, komposiittimateriaali voittaa monet pelkän nestemäisen metallin rajoituksista.

"Kun yhdistämme itiöt nestemäisten metallipisaroiden kanssa, syntyy valtava vetovoima, koska itiöiden pinnalla on kemiallisia funktionaalisia ryhmiä, jotka ovat vuorovaikutuksessa nestemäisten metallioksidikerrosten kanssa. Tämä voimakas voima rikkoo oksidikerrokset, jolloin metalli voi olla johtavaa."

Itiöt voivat pysyä epäaktiivisina ankarissa olosuhteissa ja itävät, kun ympäristö on suotuisampi. Komposiitti imeytyy myös helposti laitteiden alustoihin, kuten paperiin, säilyttäen samalla metallin parhaat ominaisuudet. Se jopa parantaa sähkönjohtavuutta itiöiden itäessä.

Tärkeintä on kuitenkin, että komposiitilla on tutkijoiden haluamat itsekorjautumiskyvyt. Kun materiaaliin tulee murtuma, komposiitti täyttää aukon automaattisesti – tärkeä läpimurto, kun piiri vaurioituu eikä sitä voida helposti vaihtaa.

Ennen kaupallisia sovelluksia tarvitaan lisää kokeiluja endosporien aktivaation paremman hallitsemiseksi ja nestemäisten elävien metallikomposiittien pitkäaikaisen stabiilisuuden arvioimiseksi erilaisissa ympäristöissä.

Tulevaisuudessa tällaiset materiaalit voisivat mahdollistaa puettavien tai implantoitavien laitteiden turvallisen ja suoran vuorovaikutuksen ihmiskudoksen kanssa.

”Biologiset järjestelmät käyttävät molekyylejä ja ioneja aineenvaihduntaan tai signalointiin, kun taas elektroniikka on yksinomaan riippuvainen elektroneista, mikä aiheuttaa kommunikaatiovirheitä”, hän sanoi. ”Elektrogeeniset bakteerit käyttävät molekyylejä ja ioneja, mutta myös tuottavat elektroneja. Kysymys kuuluu, miten voimme saumattomasti integroida nämä elektrogeeniset bakteerit elävään elektrodiin näiden kahden järjestelmän yhdistämiseksi.”

Aiheesta aiemmin:

Integroituvaa ja ferrosähköistä bioelektroniikkaa

Askel biologian ja mikroelektroniikan integroinnille

Elektroniikkaa ja bakteereja