Разработан гибкий и быстрый ионный транзистор для устройств биоэлектроники

В прошлом, в биоэлектронных устройствах использовались традиционные кремниевые транзисторы, но их приходилось тщательно герметизировать, чтобы исключить контакт с биологическими жидкостями — как для безопасности пациента, так и для правильной работы устройства. Такие импланты получались громоздкими и жесткими. Параллельно с этим в области органической электроники была проделана большая работа по созданию гибких транзисторов из пластика. Однако эти устройства работали слишком медленно, чтобы выполнять вычисления, необходимые для приложений нейрофизиологии.

Команда Инженерной и прикладной школы Колумбийского университета (Columbia Engineering) и Института генной медицины разработала первый биосовместимый ионный транзистор (Inner-Gated Transistor, IGT), обладающий достаточным быстродействием для считывания в реальном времени и симуляции сигналов мозга.

«Хотя мы специально тестировали его для мозга, IGT можно также использовать для записи движения сердца, мышц и глаз», — отмечает Дженнифер Гелинас (Jennifer Gelinas) из Медицинского центра Колумбийского университета.

Канал нового электрохимического транзистора изготовлен из полностью биосовместимого проводящего полимера и может взаимодействовать как с ионами, так и с электронами, что делает коммуникации с сигналами нервной системы более эффективными.

Сократив расстояние, которое должны проходить ионы в структуре полимера, учёные на порядок увеличили быстродействие транзистора по сравнению с другими ионными устройствами того же размера.

В статье, опубликованной в журнале Science Advances, исследователи продемонстрировали способность их IGT обеспечивать миниатюрный, мягкий и приобретающий нужную форму интерфейс с человеческой кожей и записывать с локальным усилением нервные сигналы с достаточно высоким качеством для последующей продвинутой обработки.

Благодаря высоким скорости, усилению и простоте производства IGT эти транзисторы могут найти применение в новых поколениях более умных, безопасных и миниатюрных устройств, таких как интерфейсы мозг-машина, носимая электроника и адаптивные терапевтические стимуляторы, имплантируемые людям на длительное время.