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科学突破可以带来更安全的生物电子学

时间:2019-03-31 20:27来源:生物
意大利纳米材料与器件实验室的Paolo Tassini及其同事发表了一项研究报告,黑色素的三种基本类型之一 - 真黑素的电导率突然增加。 尽管自1974年以来已知黑色素的电导率潜力,但合成和

  意大利纳米材料与器件实验室的Paolo Tassini及其同事发表了一项研究报告,黑色素的三种基本类型之一 - 真黑素的电导率“突然增加”。

  尽管自1974年以来已知黑色素的电导率潜力,但合成和天然黑色素的有价值的应用一直难以开发。正如那不勒斯弗雷德里科二世大学的Alessandro Pezzella博士所解释的那样,这是由于黑色素的电导率“太低”。研究人员试图通过将金属蛋白与金属配对,或者将其加热成类似于石墨烯的材料,来增加真黑素的电导率。然而,与真黑素不同,由这些实验产生的材料不是完全生物相容的。

  黑色素几乎在所有生命形式中自然发生。它们无毒,不会引发免疫反应。在环境中,它们也是完全可生物降解的。“

  着眼于真黑素的结构,意大利国家新技术,能源和可持续经济发展局的Pezzella和Paolo Tassini博士的研究高级作者使用了一种称为退火的过程,试图提高真黑素的电导率。

  退火是一种通常用于冶金和材料科学的热处理工艺,它改变材料的物理性质,以消除内部应力并降低硬度,使材料更易于加工和更具延展性。

  研究人员在高真空条件下将退火过程应用于合成的黑色素膜,时间为30分钟至6小时。所产生的后续材料被研究小组称为“高真空退火的真黑素,HVAE”。

  “真黑素的所有化学和物理分析都描绘了相同的图片 - 电子共享分子片,杂乱地堆叠在一起。答案似乎显而易见:堆叠并对齐板材,这样它们都可以共享电子 - 然后电流就会流动。“

  我们的工艺使真黑素的电导率增加了十亿倍。这使人们可以期待设计基于黑色素的电子产品,由于颜料的生物相容性,可以用于植入设备。“

  尽管真黑素膜的电导率增加到“超过300S / cm的前所未有的值”,但铜具有更高的电导率,为6×10 7 S / cm,这限制了基于真黑素的生物电子学可用于的应用。

  该研究本身承认“对于有价值的应用,还需要更高的电导率值,因此一些研究探索了真黑素与其他更导电材料的整合。”

  另外,当真黑素膜与水接触时,电导率显着降低,当考虑到人体的水含量达到60%时,这是一个显着的缺点。

  Pezzella指出:“这与未经处理的真黑素形成对比,后者虽然在更低的范围内,但随着水合作用(湿度)变得更具导电性,因为它通过离子和电子传导电能。需要进一步研究以充分了解真黑素电导率中离子与电子的贡献,这可能是真核苷酸如何在植入式电子产品中实际应用的关键。

  基于真黑素的生物电子学的可能应用包括替换用于治疗癫痫和帕金森病的脑植入物。生物电子学的开发人员面临的主要挑战是寻找能够传导电子和离子的材料,因为人体中的大量过程使用离子信号。

  其他考虑基于黑色素的生物电子学的研究已经开始使用与电接触,pH传感器和光伏电池中的生物黑色素非常相似的材料。

  电子行业也在寻找更便宜和环保的新材料。由于黑色素是完全可生物降解的和生物相容的,它们在临床应用和环境方面的优势以及它们在医疗设备和传感器中的潜力是显而易见的。

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