一種新的有機(jī)(碳基)半導(dǎo)體材料已經(jīng)被開發(fā)出來(lái)，其性能優(yōu)于現(xiàn)有的選擇，可用于構(gòu)建下一代的生物傳感器。由阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)(KAUST)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究小組率先克服了開發(fā)這種聚合物的一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

目前，許多研究工作都花在了新型生物傳感器上，這些傳感器與身體直接互動(dòng)，檢測(cè)關(guān)鍵的生物化學(xué)物質(zhì)，并作為健康和疾病的指標(biāo)。

KAUST團(tuán)隊(duì)的前研究科學(xué)家Rawad Hallani說(shuō)：“為了使傳感器與身體相容，我們需要使用具有與生物組織相匹配的機(jī)械性能的軟性有機(jī)材料。”

Hallani解釋說(shuō)，這種聚合物被設(shè)計(jì)用于稱為有機(jī)電化學(xué)晶體管(OECTs)的設(shè)備。對(duì)于這些類型的設(shè)備，該聚合物應(yīng)允許特定的離子和生化化合物滲透到聚合物中，并對(duì)其進(jìn)行摻雜，這反過(guò)來(lái)可以調(diào)節(jié)其電化學(xué)半導(dǎo)電性能。他說(shuō)：“電化學(xué)特性的波動(dòng)就是我們作為OECT的輸出信號(hào)而實(shí)際測(cè)量的東西?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)不得不面對(duì)幾個(gè)化學(xué)挑戰(zhàn)，因?yàn)榧词咕酆衔锝Y(jié)構(gòu)的微小變化也會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生重大影響。許多其他研究小組曾試圖制造這種特殊的聚合物，但KAUST團(tuán)隊(duì)是第一個(gè)獲得成功的。

他們的創(chuàng)新是基于被稱為聚噻吩的聚合物，在精確控制的位置上連接著被稱為乙二醇的化學(xué)基團(tuán)。學(xué)習(xí)如何以以前沒有實(shí)現(xiàn)的方式控制乙二醇基團(tuán)的位置是該突破的一個(gè)關(guān)鍵方面。

Hallani說(shuō)：“確定正確的聚合物設(shè)計(jì)以滿足你所尋找的所有標(biāo)準(zhǔn)是艱難的部分。有時(shí)能夠優(yōu)化材料性能的東西會(huì)對(duì)其穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響，因此我們需要牢記聚合物的能量和電子特性?！?/p>

復(fù)雜的計(jì)算化學(xué)模型被用來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)正確的設(shè)計(jì)。該團(tuán)隊(duì)還得到了專門的X射線散射分析和掃描隧道電子顯微鏡的幫助，以監(jiān)測(cè)其聚合物的結(jié)構(gòu)。這些技術(shù)揭示了乙二醇基團(tuán)的位置如何影響材料的微觀結(jié)構(gòu)和電子特性。

KAUST團(tuán)隊(duì)的Iain McCulloch說(shuō)：“我們對(duì)Rawad在聚合物合成方面取得的進(jìn)展感到興奮，我們現(xiàn)在期待著在特定的生物傳感器設(shè)備中測(cè)試我們的新聚合物?！盡cCulloch說(shuō)，該研究小組現(xiàn)在正試圖提高聚合物和用它們制造的傳感器的穩(wěn)定性，因?yàn)樗鼈冋龔膶?shí)驗(yàn)室演示走向現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用。