Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
Niet met elektronen, maar met geladen atomen in druppels. Met deze ‘druppeltronica’ maakten wetenschappers diodes en transistors.
We weten niet anders dan dat elektrische apparaten werken dankzij de beweging van elektronen. Hersencellen daarentegen ‘praten’ met elkaar door middel van elektrische impulsen die bestaan uit geladen atomen, ionen genoemd. Denk aan positief geladen natriumdeeltjes. Zo’n iontronisch (in plaats van elektronisch) systeem is ongelofelijk moeilijk na te bootsen.
Maar nu lijkt er een grote stap te zijn gemaakt. Een onderzoeksteam van Oxford University is er in geslaagd om hydrogeldruppels in te zetten als vervoersmiddel voor de ionen. Ze beschrijven hun uitvinding én een indrukwekkende demonstratie ervan in het toonaangevende wetenschappelijke tijdschrift Science.
Lees ook:
- Zijn elektronica gemaakt van zijde de toekomst?
- Levende elektronica helpt huidziekte onder controle te houden
- Zwetende elektronica houden het hoofd koel
De ‘taal’ van lichaamscellen
Iontronica zou heel wat voordelen opleveren ten opzichte van de traditionele elektronica. Ten eerste kunnen iontronische apparaten perfect worden toegepast in een levend organisme. Ze spreken tenslotte dezelfde ‘taal’ als lichaamscellen.
Ook bestaan er heel veel soorten ionen, met elk hun eigen groottes en ladingsterktes. Daardoor kun je voor elke functie wel een geschikt ion vinden. En daardoor biedt de iontronica een breed scala aan toepassingen: van in het lichaam ingebouwde biosensors en automatische leveringssystemen voor geneesmiddelen tot biologische computers en zachte robotica.
Gekoppelde druppels
Probleem is dat er tot nu toe alleen goed werkende iontronische apparaten zijn gemaakt die vastzitten in een harde matrix. En die is juist weer niet goed te integreren in zacht weefsel, omdat hij vaak niet biocompatibel is. Bovendien verhindert zo’n opstelling de ‘communicatie’ tussen apparaat en lichaamscellen.
Daar hebben Yujia Zhang en collega’s nu wat op gevonden. Zij maakten hydrogeldruppels die de ionen moeten gaan vervoeren. Eerst pasten ze het zijde-eiwit fibroïne zo aan dat deze reageert op ultraviolet licht. Door dat uv-licht heel gecontroleerd te laten schijnen, gingen de moleculen zich samenkoppelen tot polymeren (erg lange moleculen bestaand uit herhalende onderdelen, in dit geval fibroïne-moleculen).
Vervolgens voegden de onderzoekers zeepachtige stofjes, surfactanten genoemd, toe aan die polymeren. Door het mengsel door piepkleine kanaaltjes heen te duwen, ontstonden vervolgens aan elkaar gekoppelde hydrogeldruppels van ongeveer 500 picoliter (een halve microliter!) in volume.
Elektrische spanning
Als eerste lieten Zhang en zijn team de druppels samenvoegen tot diodes en transistors (zie hieronder), beide belangrijke onderdelen in een elektrisch circuit. Die ‘druppeltronische’ (zoals de onderzoekers de combinatie van druppels en iontronica noemen) onderdeeltjes bleken te werken: ze wekten inderdaad een elektrische spanning op en waren dus in staat de ionen te vervoeren.
Volgens de onderzoekers is met hun ‘druppeltronica’ een hogere efficiëntie en een snellere reactietijd te halen dan met andere vormen van iontronica. Maar dat is niet alles. Er volgde ook nog een demonstratie van het systeem.
Kloppende hartcellen
Zhang en collega’s combineerden de diodes en transistors tot een heus (bio)-elektrisch circuit. De resulterende biosensor wist de elektrische impulsen te meten van (uit stamcellen gemaakte) kloppende menselijke hartcellen in een labschaaltje. Zie de afbeelding hieronder.
Een mooie eerste demonstratie dus van de kracht van drupppeltronica. Het team wil zich nu gaan richten op een nog betere hydrolgelvorming. Ook moeten de druppels een nog betere interactie kunnen aangaan met hun omgeving en dat voor langere tijd. Nu bleef hun werking nog maar beperkt tot enkele uren. Maar het concept lijkt absoluut veelbelovend. Wordt dus ongetwijfeld vervolgd.
Bronnen: Science, University of Oxford via EurekAlert!