È stato sviluppato un nuovo materiale semiconduttore organico (a base di carbonio) che supera le opzioni esistenti per la costruzione della prossima generazione di biosensori. Un team di ricerca internazionale guidato da KAUST è il primo a superare alcune sfide critiche nello sviluppo di questo polimero.

Attualmente si dedicano molti sforzi di ricerca a nuovi tipi di biosensori che interagiscono direttamente con il corpo per rilevare sostanze biochimiche chiave e fungere da indicatori di salute e malattia.

"Perché un sensore sia compatibile con il corpo, dobbiamo utilizzare materiali organici morbidi con proprietà meccaniche che corrispondano a quelle dei tessuti biologici, "dice Rawad Hallani, un ex ricercatore nel team KAUST, che ha sviluppato il polimero insieme a ricercatori di diverse università negli Stati Uniti e nel Regno Unito.

Hallani spiega che il polimero è progettato per l'uso in dispositivi chiamati transistor elettrochimici organici (OECT). Per questi tipi di dispositivi, il polimero dovrebbe consentire a ioni specifici e composti biochimici di permeare nel polimero e drogarlo, che a sua volta può modulare le sue proprietà di semiconduttore elettrochimico. "La fluttuazione nelle proprietà elettrochimiche è ciò che stiamo effettivamente misurando come segnale di uscita dell'OECT, " lui dice.

Il team ha dovuto affrontare diverse sfide chimiche perché anche piccoli cambiamenti nella struttura del polimero possono avere un impatto significativo sulle prestazioni. Molti altri gruppi di ricerca hanno provato a realizzare questo particolare polimero, ma il team KAUST è il primo ad avere successo.

La loro innovazione si basa su polimeri chiamati politiofeni con gruppi chimici chiamati glicoli attaccati in posizioni precisamente controllate. Imparare a controllare le posizioni dei gruppi di glicole in modi non raggiunti in precedenza è stato un aspetto chiave della svolta.

"Identificare il giusto design del polimero per soddisfare tutti i criteri che stai cercando è la parte difficile, " dice Hallani. "A volte ciò che può ottimizzare le prestazioni del materiale può influire negativamente sulla sua stabilità, quindi dobbiamo tenere a mente le proprietà energetiche ed elettroniche del polimero".

È stato utilizzato un sofisticato modello di chimica computazionale per aiutare a ottenere il design corretto. Il team è stato anche aiutato da un'analisi specializzata della diffusione dei raggi X e dalla microscopia elettronica a scansione a effetto tunnel per monitorare la struttura dei loro polimeri. Queste tecniche hanno rivelato come la posizione dei gruppi di glicole influisse sulla microstruttura del materiale e sulle proprietà elettroniche.

"Siamo entusiasti dei progressi fatti da Rawad sulla sintesi dei polimeri, e ora non vediamo l'ora di testare il nostro nuovo polimero in dispositivi biosensori specifici", afferma Iain McCulloch del team KAUST, che è anche collegato all'Università di Oxford nel Regno Unito.