Transistorer av grafén er langt bedre egnet til bioelektronisk bruk enn tradisjonelle transistorer.
Nå håper forskerne at denne typen transistorer kan brukes i øyeimplantater som kan hjelpe synshemmede.
Stabilitetsproblemer
I mange hundre år har vi mennesker laget proteser som kan erstatte et skadet lem. De siste tiårene har vi også blitt stadig bedre til å lage proteser og implantater som kan utbedre skadede sanser.
Imidlertid byr overgangen fra elektroniske til biologiske systemer fortsatt på mange utfordringer. Selv om det er gjort fremskritt på veien mot implantater som kan gi blinde en form for syn, er disse implantatene ikke særlig stabile over tid, og ytelsen er heller ikke voldsomt imponerende.
Et av problemene er at transistorer og andre komponenter basert på silisium ikke tåler miljøet i en levende organisme særlig godt. Etter å ha sittet en stund i kroppen blir de gjerne ustabile og fungerer dårlig.
For å gi maksimal ytelse, bygges bittesmå halvlederkomponenter ofte på harde, stive krystaller med skarpe kanter. I kroppen kan dette føre til arrdannelser, noe som gjør at implantatene fungerer dårlig, og i verste fall kan gi skader på vevet rundt.
Grafén: «Det mest fantastiske materialet menneskeheten noen gang har fått tilgang til»
Bedre bioelektronikk
En gruppe forskere har funnet ut at transistorer laget av grafen er langt bedre egnet til bruk i kroppen enn tradisjonell elektronikk. Grafén er nemlig svært kjemisk stabilt, også i tøffe biologiske miljøer.
Et grafénlag er også bare ett atom tykt, og kan overføres til nesten alle slags underlag. Dermed er det mulig å lage fullstendig fleksible graféntransistorer.
Ifølge Jose Antonio Garrido ved Technische Universität München, har graféntransistorer også en rekke andre egenskaper som gjør dem spesielt godt egnet til bruk i bioelektronikk.
– Transistorer laget av grafén har svært høy transkonduktans, et parameter som avgjør følsomheten for endringer ved gate. Transistorer med høy transkonduktans kan forsterke små signaler, og har dermed høy følsomhet. Videre gir felteffekttransistorer av grafén lite elektronisk støy. Etter et par års forskning er støynivåene enda bedre enn for silisiumbaserte komponenter, skriver han i en e-post til Teknisk Ukeblad.
Les også: Derfor blir synet dårligere etter 40
Kompatibelt med kroppen
Selv om det er viktig hvordan grafén takler miljøet i kroppen, er det vel så viktig hvordan kroppen takler grafénet.
– Vi har testet biokompatibiliteten i samarbeid med Institut de la vision i Paris, et ledende forskningsinstitutt for netthinneimplantater, forteller Garrido.
Her dyrket forskerne celler fra netthinnene til rotter på et grafénunderlag.
Cellene overlevde, og så ikke ut til å ha noen problemer med grafénet. Forskerne dyrket også hjerte- og nyreceller direkte på transistorene.
Etter et par dager var transistorene dekket av et tykt lag celler. Transistorene fungerte fint, og kunne måle svingninger i det elektriske potensialet i cellene.
Les også: Tre veier til bedre syn
Med grafen på hjernen
Det er slett ikke tilfeldig at forskerne i München har testet transistorene med akkurat netthinneceller. Forskerne håper nemlig graféntransistorene kan brukes til å bygge netthinneimplantater til synshemmede.
Ved å dyrke nerveceller over en matrise av 10 mikrometer store graféntransistorer, kan man skape et grensesnitt som lar det biologiske og det elektroniske systemet kommunisere med hverandre. Et slikt implantat kan så opereres inn på netthinnen, og kobles til et lite kamera montert på et par briller.
Bildene fra kameraet prosesseres av en liten datamaskin, og signalet sendes til implantatet. Elektroder stimulerer nervecellene, som igjen sender signaler til hjernen.
– Graféntransistorenes rolle i et netthinneimplantat vil være å overvåke den elektriske aktiviteten i cellene, slik at stimuleringen justeres riktig, forklarer Garrido.
Han tror graféntransistorene også kan brukes i andre implantater, for eksempel i hjerneimplantater som kan styre kunstige lemmer.
Langt frem
Ifølge Garrido er det fullt mulig å masseprodusere fleksible graféntransistorer. Likevel er det langt frem til et fungerende øyeimplantat basert på denne teknologien.
Blant annet må matrisene skaleres opp fra 4x4 transistorer til rundt 1000 for å gi tilstrekkelig høy oppløsning.
Teknologien er også bare testet i laboratoriene, men forskerne er i gang med et prosjekt der de tester biokompatibiliteten til grafén i levende gnagere.
Les også:
