Esa conclusión puede surgir durante los procedimientos de divorcio, o describir una disputa diplomática. Pero los científicos que diseñan polímeros que pueden cerrar la brecha biológica y electrónica también deben lidiar con estilos de mensajería incompatibles. La electrónica depende de corrientes de electrones de carreras, pero no es lo mismocierto para nuestros cerebros.
"La mayor parte de nuestra tecnología se basa en corrientes electrónicas, pero la biología transduce señales con iones, que son átomos o moléculas cargadas", dijo David Ginger, profesor de química en la Universidad de Washington y científico jefe del Instituto de Energía Limpia de la Universidad de Washington.Si desea interactuar con la electrónica y la biología, necesita un material que se comunique de manera efectiva a través de esos dos reinos ".
Ginger es el autor principal de un artículo publicado en línea el 19 de junio en Materiales de la naturaleza en el que los investigadores de UW midieron directamente una película delgada hecha de un solo tipo de polímero conjugado, un plástico conductor, al interactuar con iones y electrones. Muestran cómo las variaciones en el diseño del polímero produjeron regiones rígidas y no rígidas dela película, y que estas regiones podrían acomodar electrones o iones, pero no ambos por igual. Las áreas más suaves y no rígidas eran malos conductores de electrones, pero podían hincharse sutilmente para absorber iones, mientras que lo contrario era cierto para las regiones rígidas.
Los polímeros semiconductores orgánicos son matrices complejas hechas de unidades repetitivas de una molécula rica en carbono. Un polímero orgánico que puede acomodar ambos tipos de conducción, iones y electrones, es la clave para crear nuevos biosensores, implantes bioelectrónicos flexibles y mejores baterías.Pero las diferencias en tamaño y comportamiento entre los electrones diminutos y los iones voluminosos han hecho que esta tarea no sea fácil.
Sus resultados demuestran cuán crítico es el proceso de síntesis y diseño de polímeros para las propiedades de conductancia electrónica e iónica de la película. Sus hallazgos pueden incluso señalar el camino a seguir en la creación de dispositivos de polímeros que puedan equilibrar las demandas del transporte electrónico y el transporte de iones.
"Ahora entendemos los principios de diseño para hacer polímeros que puedan transportar iones y electrones de manera más efectiva", dijo Ginger. "Incluso demostramos por microscopía cómo ver las ubicaciones en estas películas de polímero blando donde los iones se transportan de manera efectiva y dóndeno lo son "
El equipo de Ginger midió las propiedades físicas y electroquímicas de una película hecha de poli 3-hexiltiofeno, o P3HT, que es un material semiconductor orgánico relativamente común. Autor principal Rajiv Giridharagopal, científico investigador del Departamento de Química de la UW,investigó las propiedades electroquímicas de la película P3HT en parte tomando prestada una técnica desarrollada originalmente para medir electrodos en baterías de iones de litio.
El enfoque, la microscopía de deformación electroquímica, utiliza una sonda en forma de aguja suspendida por un brazo mecánico para medir los cambios en el tamaño físico de un objeto con precisión a nivel atómico. Giridharagopal descubrió que, cuando una película P3HT se colocaba en una solución de iones, ciertas regiones de la película podrían hincharse sutilmente para permitir que los iones fluyan hacia la película.
"Esta fue una hinchazón casi imperceptible: solo el 1 por ciento del grosor total de la película", dijo Giridharagopal. "Y al usar otros métodos, descubrimos que las regiones de la película que podían hincharse para acomodar la entrada de iones también tenían menos rigidezestructura y disposición de polímeros "
Las regiones más rígidas y cristalinas de la película no podían hincharse para dejar entrar iones. Pero las áreas rígidas eran parches ideales para conducir electrones.
Ginger y su equipo querían confirmar que las variaciones estructurales en el polímero fueron la causa de estas variaciones en las propiedades electroquímicas de la película. Coautora Christine Luscombe, profesora asociada de ciencia de materiales e ingeniería de la UW y miembro del Instituto de Energía Limpia, y su equipo hizo nuevas películas P3HT que tenían diferentes niveles de rigidez en función de las variaciones en la disposición del polímero.
Al someter estas nuevas películas a la misma variedad de pruebas, Giridharagopal mostró una clara correlación entre la disposición del polímero y las propiedades electroquímicas. Los diseños de polímeros menos rígidos y más amorfos produjeron películas que podían hincharse para dejar entrar iones, pero eran malos conductores de electronesMás arreglos de polímeros cristalinos produjeron películas más rígidas que fácilmente podrían conducir electrones.
Estas mediciones demuestran por primera vez que pequeñas diferencias estructurales en la forma en que se procesan y ensamblan los polímeros orgánicos pueden tener consecuencias importantes sobre cómo la película acomoda iones o electrones. También puede significar que esta compensación entre las necesidades de iones y electrones es inevitablePero estos resultados le dan a Ginger la esperanza de que sea posible otra solución.
"La implicación de estos hallazgos es que posiblemente podría incrustar un material cristalino, que podría transportar electrones, dentro de un material que es más amorfo y podría transportar iones", dijo Ginger. "Imagine que podría aprovechar lo mejor deambos mundos, para que pueda tener un material que sea capaz de transportar electrones de manera efectiva e hincharse con la absorción de iones, y luego juntar los dos entre sí ".
Si es así, entonces un divorcio bioelectrónico puede no estar en el horizonte, pero deberían existir mejores dispositivos bioelectrónicos y mejores baterías.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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