Созданы органические электрохимические транзисторы, при помощи которых можно эффективно считывать сигналы из мозга - «Наука и технологии»

Группа французских ученых разработала и изготовила образцы органических электрохимических транзисторов, которые могут быть установлены на окончаниях вживляемых электродов, что позволит значительно поднять чувствительность электронных устройств, предназначенных для считывания сигналов из головного мозга. Эти транзисторы (Organic electrochemical transistor, OECT), состоящие из токопроводящих полимеров и жидких электролитов, могут стать идеальным вариантом промежуточного интерфейса между нервными тканями головного мозга и обычной кремниевой электроникой.

"Ученые-физики работают над созданием OECT-транзисторов достаточно интенсивно уже полтора десятилетия, но до сих пор никто из них не понимает до конца принципов работы этих устройств" - рассказывает Джордж Мальярас (George Malliaras), руководитель отдела биоэлектроники института Ecole Nationale Superieure des Mines de Saint-Etienne, - "Но нам удалось выяснить, что основные характеристики таких транзисторов связаны с толщиной полимерного канала. И мы использовали данные знания при разработке новых образцов электроэнцефалографических устройств на базе OECT-транзисторов".

При использовании обычных электродов из кремния или металла, их транспроводимость, мера того, как устройство усиливает сигналы мозга, определяется площадью поверхности электрода. При имплантации матриц электродов, которые крепятся на поверхности черепа человека или подопытного животного, существенное увеличение площади самих электродов является делом практически невозможным.

Но Мальярас и его группа обнаружили, что если на конце электрода разместить OECT-транзистор, то транспроводимость устройства будет зависеть не от площади, а от толщины полимерного канала транзистора, через который осуществляется обмен ионами между полимером и электролитом. Это означает, что устройства с более толстыми полимерными каналами, работают лучше, нежели чем тонкие устройства, что можно использовать для увеличения чувствительности устройства за счет увеличения его толщины, а не площади поверхности.

Испытывая образцы OECT-транзисторов, исследователи разместили на черепе добровольца два устройства, одно с толщиной канала 230 нанометров и второе - с толщиной канала 870 нанометров и произвели через них стандартную процедуру считывания электроэнцефалограммы. Транспроводимость устройства с толстым каналом оказалась в два раза выше транспроводимости тонкого устройства, а предел, при котором транспроводимость перестала увеличиваться с увеличением толщины канала, составил 1 микрометр. "Поскольку OECT-транзисторы, как и другие транзисторы, обладают коэффициентом усиления, то небольшие изменения мозгового сигнала могут вызвать существенные изменения тока транзистора" - рассказывает Мальярас, - "Благодаря этому электроэнцефалографические устройства на базе OECT-транзисторов на два порядка более чувствительны, нежели традиционные устройства на базе кремниевых или металлических электродов".

Поскольку основой OECT-транзисторов является полимерный материал, их можно производить достаточно простым методом струйной печати, что, в свою очередь, сделает стоимость каждого электрода в несколько центов. Для сравнения, стоимость изготовления обычных электродов составляет несколько долларов. Но, прежде чем технологии на базе OECT-транзисторов начнут применяться в массовых масштабах, им предстоит пройти массу клинических испытаний и получить разрешение соответствующих регулирующих государственных органов.