محققان در تلاشند از طریق ترانزیستورهای گرافنی با سلول‌های زنده ارتباط الكترونیكی داشته باشند.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، یکپارچه‌سازی سامانه‌های زیستی و مخصوصاً سامانه‌های پیچیده زیستی با قطعات الکترونیکی یکی از چالش‌های اصلی در مسیر بیوالکترونیک یا بیونیک به‌ شمار می‌رود. به‌ طور کلی قطعات الکترونیکی و زیستی در سه سطح مولکولی، سلولی و اسکلتی با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. برای هر ماده بیونیکی کاشته شده درون بدن، برهمکنش‌های اولیه در سطح زیست‌مولکولی، تعیین‌کننده عملکرد درازمدت آن است. با وجودی که بیونیک اغلب با بهبود عملکرد در سطح اسکلتی در ارتباط است (مانند ماهیچه‌های مصنوعی)، ارتباط الکترونیکی با سلول‌های زنده از منظر بهبود نتایج مهندسی بافت یا عملکرد ایمپلنت‌هایی همچون گوش یا چشم بیونیکی دارای اهمیت بالایی است.

محققان برجسته‌ای همچون «پیتر فرامهرز» از موسسه بیوشیمی «ماکس‌پلانک» در آلمان بیش از ۲۰ سال است که روی ایجاد ارتباط میان نورون‌ها و ابزارهای سیلیکونی کار می‌کنند. آنها نورون‌های منفرد از بخش‌های مختلف مغز را کشت داده و تلاش می‌کنند شبکه‌های نورونی خارج از بدن را ایجاد كنند. هدف از این کار تحریک نورون‌ها با سیگنال‌های الکتریکی و مشاهده نحوه واکنش شبکه زنده و تغییر آن است. از نتایج این تحقیق می‌توان در تولید پروتزهای عصبی برای تقویت یا بازیابی بخش‌های آسیب‌دیده شبکه عصبی بهره برد.

برای این کار محققان باید دو کار را انجام دهند: تحریک سامانه عصبی و ثبت فعالیت آن. آنها برای رسیدن به این هدف روی تولید ایمپلنت‌های مغز روی بسترهای انعطاف‌پذیر کار می‌کنند؛ این بسترها می‌توانند فعالیت‌های شیمیایی و الکتریکی نورون‌ها را با حساسیت بالا ثبت كنند.

در حال حاضر بسیاری از ایمپلنت‌ها بر مبنای الکترودهای فلزی کار می‌کنند. این الکترودها علاوه بر مشکلاتی که در زمینه زیست‌سازگاری و پایداری در شرایط دشوار زیستی دارند، از عملکرد الکترونیکی محدودی نیز برخوردار هستند. استفاده از ترانزیستورهای اثر زمینه (FET) عملکردهای الکترونیکی بیشتری را امکان‌پذیر می‌كند.

«خوزه آنتونیو گاریدو» یکی از محققان موسسه «والتر شاتکی» در دانشگاه فنی مونیخ می‌گوید: تا کنون در بیشتر کارهایی که در این زمینه انجام شده است، از ترانزیستورهای اثر زمینه سیلیکونی (Si-FET) استفاده شده است. با این حال این فناوری دارای مشکلاتی است که اجرای آن را در کاربردهای عملی با مشکل مواجه می‌كند. یکی از این مشکلات، نویز بسیار بالای ابزارهای سیلیکونی است. مشکل دوم، سخت بودن یکپارچه‌سازی فناوری سیلیکون با بسترهای انعطاف‌پذیر است. به علاوه، سیلیکون تحت شرایط زیستی پایدار نیست.

بنابراین علاقه زیادی به استفاده از مواد دیگری که این مشکلات را نداشته باشند، وجود دارد. نانولوله‌های کربنی و گرافن گزینه‌های مناسبی برای این کار به‌ شمار می‌روند.

حال «گاریدو» و همکارانش برای اولین بار نشان داده‌اند که از گرافن رشدیافته با روش CVD می‌توان در ساخت آرایه‌ای از ترانزیستورها بهره برد که قابلیت شناسایی فعالیت الکتریکی سلول‌های الکتروژنیک (سلول‌های فعال الکتریکی) را دارند. به علاوه آنها نشان داده‌اند که نویز الکتریکی این ابزار جدید در حد ابزارهای سیلیکونی با نویز بسیار پایین قرار دارد.

«گاریدو» می‌افزاید: لازم به ‌ذکر است که فناوری سیلیکون در طول چندین دهه توسعه یافته است، در حالی که به‌ طور قطع ابزارهای گرافنی ما در چند سال آینده پیشرفت قابل ملاحظه‌ای خواهند یافت.

جزئیات این کار در مجله «Advanced Materials» منتشر شده است.