Сотрудники Школы инженерных и прикладных наук Колумбийского университета в новой работе, опубликованной в журнале Nature Materials, сообщили о создании мягких ионных органических транзисторов, способные записывать активность отдельных нейронов и выполнять в реальном времени вычисления, которые могли бы облегчить диагностику и мониторинг неврологических заболеваний.

Ученые также опубликовали статью в журнале Science Advances и в ней продемонстрировали мягкий биосовместимый композит, который позволяет создавать сложные электронные компоненты, традиционно требующие наложения слоев и сочетания различных материалов.

Исследователи давно пытаются создать биоэлектронные устройства, которые были бы не только быстродействующими, чувствительными, биосовместимыми, мягкими и гибкими, но и обладали стабильностью в физиологических средах, таких как человеческий организм. Такие устройства значительно улучшили бы здоровье человека. Они позволили бы мониторить состояние его здоровья на дому, диагностировать и лечить нервно-психические заболевания, включая эпилепсию и болезнь Паркинсона. Конструкция современных устройств была серьезно ограничена жесткими, несовместимыми с живыми тканями электронными компонентами.

Обычные транзисторы изготовлены из кремния, поэтому они не могут функционировать в присутствии различного рода ионов и воды — это разрушает их. Поэтому такие устройства нужно помещать в герметичный пластиковый или металлический корпус. Кроме того, такие транзисторы хорошо фиксируют электрические сигналы, но очень плохо ионные. А последние по большей части встречаются в человеческом теле и используются клетками для «общения» друг с другом. В результате эти свойства ограничивают связь между живыми тканями и неживыми устройствами взаимодействиями только на поверхности материала, что приводит к снижению производительности.

Теперь команда исследователей из Колумбийского университета представила две работы, в которых они используют органические материалы, обладающие хорошей ионной и электронной проводимостью. На их основе ученые создали управляющие ионами органические электрохимические транзисторы (e-IGT).

Затем ученые использовали эти устройства для регистрации широкого спектра электрофизиологических сигналов, таких как нервные импульсы. Это поможет создавать в будущем мягкие биосовместимые и стабильные имплантаты для регистрации, например, эпилептических припадков в реальном времени.

В другой работе исследователи показали эффективное и безопасное взаимодействие созданных ими биоэлектронных устройств, в частности имплантированных в организм для диагностики или терапии, с человеческими тканями. Также авторы показали, что эти устройства способны не только фиксировать сигналы, но и обрабатывать их. При создании такого устройства ученые вдохновились нейронами в головном мозге, которые общаются с помощью электрических импульсов. Такое свойство устройству удалось придать благодаря использованию специального материала, который может выполнять множество различных функций при изменении размера и плотности микропроводящих частиц, входящих в его состав.