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Melanin Cyborgs: Pigmentdurchbruch ermöglicht biokompatible Elektronik

Melanin Cyborgs: Pigmentdurchbruch ermöglicht biokompatible Elektronik

Das Melaninpigment, das unsere Haare und Augen färbt und Eumelanin genannt wird, leitet seit langem Elektrizität. Bisher war die Menge jedoch für eine nützliche Anwendung zu gering.

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Eumelanin glühen

Jetzt haben italienische Forscher möglicherweise einen Weg gefunden, sein Potenzial durch subtile Modifizierung seiner Struktur zu steigern. Sie taten dies, indem sie Eumelanin im Vakuum erhitzten, ein Prozess, der als Tempern bezeichnet wird.

"Unser Verfahren hat die elektrische Leitfähigkeit von Eumelanin milliardenfach erhöht", so die leitenden Autoren der Studie, Dr. Alessandro Pezzella von der Universität Neapel, Federico II, und Dr. Paolo Tassini von der italienischen Nationalen Agentur für neue Technologien, Energie und nachhaltige wirtschaftliche Entwicklung.

"Dies ermöglicht das lang erwartete Design der Elektronik auf Melaninbasis, die aufgrund der Biokompatibilität des Pigments für implantierte Geräte verwendet werden kann."

Was Eumelanin so aufregend macht, ist, dass es vollständig biokompatibel ist, was bedeutet, dass es eines Tages in der Cyborg-Technologie verwendet werden könnte.

"Melanine kommen in nahezu allen Lebensformen auf natürliche Weise vor. Sie sind ungiftig und lösen keine Immunreaktion aus", erklärt Pezzella.

"In der Umwelt sind sie auch vollständig biologisch abbaubar."

Bisher war es jedoch niemandem gelungen, sein Potenzial in der implantierbaren Elektronik auszuschöpfen, da seine Leitfähigkeit sowohl in synthetischem als auch in natürlichem Eumelanin viel zu niedrig gewesen war. Um dies zu ändern, untersuchten die Forscher die Struktur von Eumelanin.

"Alle chemischen und physikalischen Analysen von Eumelanin ergeben das gleiche Bild - von molekularen Schichten, die sich Elektronen teilen und unordentlich gestapelt sind. Die Antwort lag auf der Hand: Die Stapel zerlegen und die Schichten ausrichten, damit sie alle Elektronen teilen können - dann wird die Elektrizität fließen."

Der von ihnen angewandte Prozess wird als Tempern bezeichnet. Es besteht aus dem Erhitzen von Metall oder Glas und dem langsamen Abkühlen, um innere Spannungen abzubauen und zu verstärken. Es wird bereits zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit eingesetzt.

Hochvakuumgeglühtes Eumelanin

"Wir haben diese Eumelaninfilme - nicht dicker als ein Bakterium - unter Vakuumbedingungen von 30 Minuten auf 6 Stunden erhitzt", beschreibt Tassini. "Wir nennen das resultierende Material hochvakuumgeglühtes Eumelanin HVAE."

Das Verfahren erwies sich für Eumelanin als erfolgreich. Forscher berichteten, dass die HVAE-Filme dunkelbraun und etwa so dick wie ein Virus wurden. Das Beste ist, dass ihre Leitfähigkeit in unglaublichem Maße gestiegen ist.

"Die Leitfähigkeit der Filme stieg nach 2-stündigem Tempern bei 600 ° C milliardenfach auf einen beispiellosen Wert von über 300 S / cm", bestätigt Pezzella.

Dies macht Eumelanin kompatibel mit einem nützlichen Bereich der Bioelektronik. Und was noch wichtiger ist, die Forscher fanden heraus, dass die Leitfähigkeit von HVAE entsprechend den Glühbedingungen abstimmbar war.

"Die Leitfähigkeit der Filme stieg mit zunehmender Temperatur von 1000-fach bei 200 ° C. Dies eröffnet die Möglichkeit, Eumelanin für ein breites Anwendungsspektrum in der organischen Elektronik und Bioelektronik maßzuschneidern. Es unterstützt auch nachdrücklich die Schlussfolgerung aus der Strukturanalyse, dass Tempern hat die Filme neu organisiert, anstatt sie zu verbrennen. "

Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlichtGrenzen in der Chemie.


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