లివింగ్ టిష్యూతో ఎలక్ట్రానిక్స్ ఇంటర్‌ఫేస్ చేయడానికి అనువైన పదార్థం మృదువైనది, సాగదీయదగినది మరియు కణజాలం వలె నీటిని ఇష్టపడేది — సంక్షిప్తంగా, హైడ్రోజెల్. సెమీకండక్టర్స్, పేస్‌మేకర్‌లు, బయోసెన్సర్‌లు మరియు డ్రగ్ డెలివరీ పరికరాలు వంటి బయోఎలక్ట్రానిక్స్‌కు కీలకమైన పదార్థాలు, మరోవైపు, దృఢమైన, పెళుసుగా మరియు నీటిని ద్వేషించేవి, హైడ్రోజెల్‌లు సాంప్రదాయకంగా నిర్మించబడిన విధానంలో కరిగిపోవడం అసాధ్యం.
లో ఈరోజు ప్రచురించబడిన ఒక పేపర్ సైన్స్ UChicago ప్రిట్జ్‌కర్ స్కూల్ ఆఫ్ మాలిక్యులర్ ఇంజనీరింగ్ (PME) ఈ సవాలును పరిష్కరించింది, ఇది చాలా కాలం పాటు పరిశోధకులను ఇబ్బంది పెట్టింది, హైడ్రోజెల్ రూపంలో శక్తివంతమైన సెమీకండక్టర్‌ను రూపొందించడానికి హైడ్రోజెల్‌లను సృష్టించే ప్రక్రియను మళ్లీ ఊహించింది. Asst నేతృత్వంలో. ప్రొఫెసర్ సిహోంగ్ వాంగ్ యొక్క పరిశోధనా బృందం, ఫలితంగా నీలిరంగు జెల్ నీటిలో సముద్రపు జెల్లీ లాగా ఎగిరిపోతుంది, అయితే జీవ కణజాలం మరియు యంత్రాల మధ్య సమాచారాన్ని ప్రసారం చేయడానికి అవసరమైన అపారమైన సెమీకండక్టివ్ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది.
పదార్థం కణజాల-స్థాయి మాడ్యులీని 81 kPa వలె మృదువుగా, 150% స్ట్రెయిన్ యొక్క స్ట్రెచ్‌బిలిటీ మరియు 1.4 cm2 V-1 s-1 వరకు ఛార్జ్-క్యారియర్ మొబిలిటీని ప్రదర్శించింది. దీని అర్థం వాటి పదార్థం — సెమీకండక్టర్ మరియు హైడ్రోజెల్ రెండూ ఒకే సమయంలో — ఆదర్శ బయోఎలక్ట్రానిక్ ఇంటర్‌ఫేస్ కోసం అన్ని పెట్టెలను టిక్ చేస్తుంది.
“ఇంప్లాంట్ చేయదగిన బయోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలను తయారు చేస్తున్నప్పుడు, మీరు తప్పనిసరిగా పరిష్కరించాల్సిన ఒక సవాలు ఏమిటంటే, కణజాలం లాంటి యాంత్రిక లక్షణాలతో పరికరాన్ని తయారు చేయడం” అని కొత్త పేపర్ యొక్క మొదటి రచయిత Yahao Dai అన్నారు. “ఆ విధంగా, ఇది కణజాలంతో నేరుగా ఇంటర్‌ఫేస్ అయినప్పుడు, అవి కలిసి వైకల్యం చెందుతాయి మరియు చాలా సన్నిహిత బయో-ఇంటర్‌ఫేస్‌ను కూడా ఏర్పరుస్తాయి.”
బయోకెమికల్ సెన్సార్లు మరియు పేస్‌మేకర్‌లు వంటి అమర్చిన వైద్య పరికరాలను ఎదుర్కొంటున్న సవాళ్లపై పేపర్ ప్రధానంగా దృష్టి సారించినప్పటికీ, చర్మంపై మెరుగైన రీడింగ్‌లు లేదా గాయాలకు మెరుగైన సంరక్షణ వంటి అనేక శస్త్రచికిత్సలు చేయని అప్లికేషన్‌లు కూడా మెటీరియల్‌లో ఉన్నాయని డై చెప్పారు.
“ఇది చాలా మృదువైన యాంత్రిక లక్షణాలను కలిగి ఉంది మరియు సజీవ కణజాలానికి సమానమైన అధిక స్థాయి ఆర్ద్రీకరణను కలిగి ఉంది” అని UChicago PME అసిస్ట్ చెప్పారు. ప్రొ. సిహోంగ్ వాంగ్. “హైడ్రోజెల్ కూడా చాలా పోరస్, కాబట్టి ఇది వివిధ రకాల పోషకాహారం మరియు రసాయనాల సమర్ధవంతమైన వ్యాప్తి రవాణాను అనుమతిస్తుంది. ఈ లక్షణాలన్నీ కలిసి హైడ్రోజెల్‌ను కణజాల ఇంజనీరింగ్ మరియు డ్రగ్ డెలివరీకి అత్యంత ఉపయోగకరమైన పదార్థంగా మార్చడానికి మిళితం చేస్తాయి.”
‘మన దృక్పథాన్ని మార్చుకుందాం’
హైడ్రోజెల్‌ను తయారుచేసే విలక్షణమైన మార్గం ఏమిటంటే, ఒక పదార్థాన్ని తీసుకొని, దానిని నీటిలో కరిగించి, కొత్త ద్రవాన్ని జెల్ రూపంలోకి పంపడానికి జిలేషన్ రసాయనాలను జోడించడం. కొన్ని పదార్థాలు నీటిలో కరిగిపోతాయి, మరికొన్నింటికి పరిశోధకులు టింకర్ మరియు ప్రక్రియను రసాయనికంగా సవరించడం అవసరం, కానీ కోర్ మెకానిజం ఒకటే: నీరు లేదు, హైడ్రోజెల్ లేదు.
అయితే, సెమీకండక్టర్లు సాధారణంగా నీటిలో కరగవు. ప్రక్రియను బలవంతంగా చేయడానికి ప్రయత్నించే కొత్త, సమయం తీసుకునే మార్గాలను కనుగొనే బదులు, UChicago PME బృందం ప్రశ్నను మళ్లీ పరిశీలించింది.
“మేము ‘సరే, మన దృక్పథాన్ని మార్చుకుందాం’ అని ఆలోచించడం ప్రారంభించాము మరియు మేము ద్రావణి మార్పిడి ప్రక్రియతో ముందుకు వచ్చాము” అని డై చెప్పారు.
సెమీకండక్టర్లను నీటిలో కరిగించడానికి బదులుగా, వారు వాటిని నీటిలో కలిసిపోయే సేంద్రీయ ద్రావకంలో కరిగిస్తారు. వారు కరిగిన సెమీకండక్టర్స్ మరియు హైడ్రోజెల్ పూర్వగాముల నుండి జెల్‌ను తయారు చేశారు. వారి జెల్ ప్రారంభంలో ఒక ఆర్గానోజెల్, హైడ్రోజెల్ కాదు.
“చివరికి దానిని హైడ్రోజెల్‌గా మార్చడానికి, సేంద్రీయ ద్రావకం కరిగిపోయేలా మరియు నీరు లోపలికి రావడానికి మేము మొత్తం మెటీరియల్ సిస్టమ్‌ను నీటిలో ముంచాము” అని డై చెప్పారు.
అటువంటి ద్రావకం-మార్పిడి-ఆధారిత పద్ధతి యొక్క ముఖ్యమైన ప్రయోజనం ఏమిటంటే, వివిధ రకాలైన పాలిమర్ సెమీకండక్టర్‌లకు వివిధ విధులను కలిగి ఉన్న దాని విస్తృతమైన అన్వయం.
‘ఒకటి ప్లస్ ఒకటి రెండు కంటే ఎక్కువ’
హైడ్రోజెల్ సెమీకండక్టర్, బృందం పేటెంట్ పొందింది మరియు యుచికాగో యొక్క పోల్స్కీ సెంటర్ ఫర్ ఎంటర్‌ప్రెన్యూర్‌షిప్ అండ్ ఇన్నోవేషన్ ద్వారా వాణిజ్యీకరించింది, సెమీకండక్టర్‌ను హైడ్రోజెల్‌తో విలీనం చేయడం లేదు. ఇది ఒకే సమయంలో సెమీకండక్టర్ మరియు హైడ్రోజెల్ రెండూ ఉండే ఒక పదార్థం.
“ఇది సెమీకండక్టింగ్ లక్షణాలు మరియు హైడ్రోజెల్ డిజైన్ రెండింటినీ కలిగి ఉన్న ఒక ముక్క మాత్రమే, అంటే ఈ మొత్తం ముక్క ఇతర హైడ్రోజెల్ లాగా ఉంటుంది” అని వాంగ్ చెప్పారు.
ఏ ఇతర హైడ్రోజెల్ వలె కాకుండా, కొత్త పదార్థం వాస్తవానికి రెండు ప్రాంతాలలో జీవసంబంధమైన విధులను మెరుగుపరిచింది, హైడ్రోజెల్ లేదా సెమీకండక్టర్ తమ స్వంతంగా సాధించగలిగే దానికంటే మెరుగైన ఫలితాలను సృష్టిస్తుంది.
మొదటిది, కణజాలంతో నేరుగా చాలా మృదువైన పదార్థ బంధాన్ని కలిగి ఉండటం వలన రోగనిరోధక ప్రతిస్పందనలు తగ్గుతాయి మరియు వైద్య పరికరాన్ని అమర్చినప్పుడు సాధారణంగా ప్రేరేపించబడే వాపు.
రెండవది, హైడ్రోజెల్స్ చాలా పోరస్ అయినందున, కొత్త పదార్థం ఎలివేటెడ్ బయోసెన్సింగ్ ప్రతిస్పందనను మరియు బలమైన ఫోటో-మాడ్యులేషన్ ప్రభావాలను అనుమతిస్తుంది. వాల్యూమెట్రిక్ ఇంటరాక్షన్‌లను కలిగి ఉండటానికి బయోమోలిక్యూల్స్ ఫిల్మ్‌లోకి వ్యాపించగలగడంతో, బయోమార్కర్స్-అండర్-డిటెక్షన్ కోసం ఇంటరాక్షన్ సైట్‌లు గణనీయంగా పెరిగాయి, ఇది అధిక సున్నితత్వాన్ని పెంచుతుంది. సెన్సింగ్‌తో పాటు, కణజాల ఉపరితలాల వద్ద చికిత్సా చర్యల కోసం కాంతికి ప్రతిస్పందనలు రెడాక్స్-యాక్టివ్ జాతుల మరింత సమర్థవంతమైన రవాణా నుండి కూడా పెరుగుతాయి. ఇది లైట్-ఆపరేటెడ్ పేస్‌మేకర్‌లు లేదా గాయం డ్రెసింగ్ వంటి ఫంక్షన్‌లకు ప్రయోజనం చేకూరుస్తుంది, వీటిని మరింత సమర్ధవంతంగా ఒక కాంతితో వేడి చేయడం ద్వారా త్వరగా నయం చేయడంలో సహాయపడుతుంది.
“ఇది ‘వన్ ప్లస్ వన్ ఈజ్ గ్రేటర్ టూ టూ’ రకమైన కలయిక” అని వాంగ్ చమత్కరించాడు.
