Ячейки-хозяева мягких 3D-транзисторов

Исследователи из группы носимой, интеллектуальной, мягкой электроники (WISE) Гонконгского университета разработали первые мягкие трехмерные транзисторы, которые могут интегрироваться с живыми клетками — достижение, которое может изменить дизайн биоэлектроники и медицинских устройств.В основе современной электроники лежат кремниевые транзисторы: жесткие плоские переключатели, которые управляют микросхемами всего — от телефонов до серверов.Но их жесткость ограничивает то, насколько хорошо они могут взаимодействовать с мягкими живыми тканями.

Чтобы устранить этот пробел, команда HKU-WISE под руководством профессора Шимин Чжана создала 3D-транзисторы на основе гидрогеля, которые не только гибкие и биосовместимые, но и достаточно толстые (в масштабе миллиметра), чтобы вмещать в себя непосредственно живые клетки.В отличие от традиционных полупроводников, эти гидрогелевые материалы синтезируются в воде посредством процесса трехмерной самосборки.Полученные в результате устройства ведут себя скорее как биологическая ткань, чем обычная электроника, открывая возможности для интеграции электрических функций с биологическими системами — чего жесткий кремний просто не может достичь.

Исследование, опубликованное в журнале Science, знаменует собой сдвиг в подходе к созданию транзисторов.Вместо того, чтобы представлять собой исключительно электронные переключатели, выгравированные на плоских кремниевых пластинах, эти мягкие 3D-транзисторы объединяют структуру и функции, лучше подходящие для биогибридных приложений.

Почему это важно в электронике: При проектировании традиционных транзисторов основное внимание уделялось уменьшению размеров и компоновке кремниевых структур для повышения производительности и размещения большего количества устройств в чипах.Такие достижения, как 3D-транзисторы на основе 2D-материалов, обещают энергоэффективные и высокопроизводительные вычисления.Но интеграция электроники с биологией требует чего-то другого — материалов и архитектур устройств, которые могут жить рядом с клетками без повреждений или отторжения.Гидрогелевые транзисторы, разработанные HKU-WISE, предлагают именно это.

Эти программные устройства могут обеспечить биоэлектронные интерфейсы для мониторинга здоровья, нейропротезирования и гибридных вычислительных систем, сочетающих живые клетки с электронным управлением.Хотя этот подход еще рано, он указывает на будущее, в котором электроника больше не будет отделена от биологической среды, а будет встроена и взаимодействует с ней.Исследователи подчеркивают, что это начальный шаг, и прежде чем появится практическое применение, необходима дальнейшая работа над производительностью, долговечностью и безопасностью.