תאים זעירים אלה יוכלו לספק אנרגיה לקוצבי-לב, מכשירי-שמיעה ותותבות איברים
חוקרים מאוניברסיטת ג'ורג'יה בארה”ב פיתחו שיטה מוצלחת להצמחת שערות מולקולאריות המוליכות חשמל – צעד ראשון בפיתוח תאי-דלק ביולוגיים שיוכלו לספק אנרגיה לקוצבי-לב, מכשירי-שמיעה ותותבות איברים. כתב-העת המדעי Chemical Science מתאר את השיטה החדשה כ- “פריצת דרך משמעותית בננוטכנולוגיה”.
הכימאי Jason Locklin מאוניברסיטת ג'ורג'יה וצוות המחקר שלו הצליחו להצמיח שערות פולימריות המורכבות משרשראות של תיופאן ובנזן – פרודות ארומאטיות שלעיתים משמשות כממסים אורגניים – המחוברות למשטחים מתכתיים ליצירת שכבות דקיקות ביותר.
“המיתרים המולקולאריים הינם בעצם שרשראות פולימריות דחוסות ביותר שצמחו מתוך משטח מתכתי,” אמר החוקר הראשי. “מבנה השכבה דומה למעין מברשת שיניים, כאשר שרשראות של פולימרים מצומדים הם כעין הזיפים במברשת. אנו מכנים את סוגי הציפויים הללו מברשות פולימריות. בכדי לגרום לשרשראות להיארז בצפיפות במערך נרחב, הן חייבות לצמוח מהמשטח עצמו – שיטה שאנו מכנים גישת “הרכבה מתוך”.”
בגישה זו, המדענים הניחו חד-שכבה של תיופאן כציפוי הראשוני של השכבה, ולאחר-מכן “גידלו” שכבות תיופאן או בנזן נוספות מעליה תוך שימוש בשיטות פלמור מבוקרות.
“היופי במוליכים-למחצה אורגניים טמון בעובדה שתכונותיהם משתנות בהתאם לגודל ומספר יחידות המבנה שלהם,” מסביר החוקר. פרודת התיופאן עצמה הינה מבודדת, מציין החוקר, “אולם ע”י חיבור יחדיו של פרודות תיופאן רבות באופן מבוקר, מתקבלות תכונות מוליכות לפולימרים.”
וחשוב מכך, אומר החוקר, “שיטה זו מאפשרת לנו לקבל מבנים מבוקרים ומחזוריים של פולימרים, ובכך פותחים בפנינו את האפשרויות לשימושים מגוונים בהתקנים חשמליים כגון חיישנים, טרנזיסטורים ודיודות.” השכבות הדקיקות הינן בעלות עובי של בין חמש לחמישים ננומטרים – קטן מכדי לראותן, אפילו תחת מיקרוסקופ אופטי רב-עוצמה.
החוקר מסביר כי קשה לרתום מקורות אנרגיה המצויים בגוף החי, כגון גלוקוזה, לשימוש בתאי-דלק ביולוגיים שיוכלו להחליף את הצורך בסוללות הקיימות בהתקנים המושתלים בגוף. ולמרות שלבני-האדם יש אנזימים בגוף המאפשרים המרה מעולה של אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית, “הם אינם יעילים דיים ליישום זה מכיוון שיש בהם יחידות הגנה טבעיות מבודדות-חשמל המונעות ניידות טובה של אלקטרונים מהאתר הפעיל לאלקטרודה,” הוא מסביר. “אנו מקווים כי התילים המולקולאריים שלנו יוכלו לספק אמצעי ניוד טוב יותר עבור זרימת האלקטרונים.”
למרות שאלקטרוניקה “גמישה” הינה תחום מחקרי נרחב המתפתח עוד ועוד, הוא מצוי עדיין בתקופת הילדות שלו, מציין החוקר. “לדוגמא, אנו עדיין לא מבינים את כל הפיסיקה הבסיסית המעורבת בניודו של מטען חשמלי בתוככי חומרים אורגניים.”
השלב הבא במחקרם הוא פיתוח יישומים מתאימים. לדוגמא, שיטת יצירת שערות הפולימריות שלהם תוכל לשמש במגוון התקנים היוצרים ממשק עם רקמות חיות, כגון חיישנים ביוכימיים, תותבות איברים, אוזניים מושתלות ומכשירי-שמיעה יעילים. “השכבה עצמה תוכל לשמש בטרנזיסטורים – או בהתקנים פוטו-וולטאיים כגון תאי-שמש,” מסביר החוקר.
המחקר פורסם בגיליון יוני של כתב-העת המדעי Chemical Communications.
