Новый метод самосборки создаёт биоэлектронику из микроскопических структур

Объединение мягких, податливых живых клеток с твёрдой, негибкой электроникой — сложная задача. Исследователи из Чикагского университета разработали новый метод, который использует микроскопические структуры для создания биоэлектроники «снизу вверх», а не «сверху вниз», что позволяет получить высоконастраиваемый продукт.

Электроника, способная бесшовно взаимодействовать с биологическими тканями, представляет большой интерес. Такие устройства можно использовать как инструменты для изучения работы клеток и тканей или как медицинские приборы — например, для стимуляции тканей при лечении болезни Паркинсона или сердечных заболеваний.

Обычно подобная биоэлектроника создаётся «сверху вниз»: электронные компоненты собираются, а затем миниатюризируются для совместимости с биологической системой. Однако в новом исследовании, опубликованном в Nature Nanotechnology, доцент Божи Тянь и его команда применили другой подход. Они использовали метод «снизу вверх», в котором небольшие строительные блоки, называемые мицеллами, собираются вместе, образуя углеродную биоэлектронику.

Мицеллы — это скопления молекул, которые могут формировать сферическую структуру благодаря взаимодействию с водой. Эти уникальные структуры играют ключевую роль во многих важных биологических и химических процессах, например, в том, как моющие средства удаляют жиры или как организм перерабатывает некоторые липиды.

Маленькие мицеллы собираются вместе, образуя очень тонкие нанопористые листы — покрытые чрезвычайно мелкими отверстиями, что обеспечивает гораздо большую гибкость. Эти поры увеличивают площадь поверхности, позволяя улучшить контакт и интерфейс. Они также повышают гибкость биоэлектронного устройства, что важно, поскольку оно должно хорошо соответствовать мягкой биологической мембране. Для понимания можно представить податливость куска бисквита с его многочисленными воздушными карманами в сравнении с плотным брауни.

«Это первая исследовательская работа, в которой используется мицеллярная микроскопическая самосборка для биоэлектроники, — сказал Александр Промински, аспирант по химии и соавтор статьи. — Она также предполагает, что нам следует искать больше принципов из других областей, таких как хранение энергии, для создания биоинтерфейсов».

Ещё одно преимущество этого подхода — универсальность в сборке устройства. Создание биоэлектроники так же просто, как замена строительных блоков.

«Наши пористые углеродные мембраны способны к биофизическому зондированию и стимуляции, — сказал Линъюань Мэн, аспирант Притцкерской школы молекулярной инженерии и соавтор статьи. — Эта технология также может найти клиническое применение для лечения таких состояний, как эпилепсия или болезнь Паркинсона».