Gerçek “siborglar” (Cyborg: Kısmen insan, kısmen robotik varlıklar) bilim kurgu olsalar da, araştırmacılar elektroniği vücutla bütünleştirme yolunda adımlar atıyor. Bu tür cihazlar; tümör gelişimini izleyebilir. Ancak elektroniği doğrudan vücuttaki insan dokularına bağlamak büyük bir zorluktur.
Araştırma ekibi; çözüme ulaşmak için, bu ortama daha kolay uyum sağlamalarına yardımcı olabilecek bileşenler için yeni kaplamalar üzerinde çalışıyor.
Araştırmacı David Martin: “Bu fikir üzerinde çalıştık; çünkü katı, inorganik mikroelektrotları beyinle arayüz oluşturmaya çalışıyorduk, ancak beyinler organik, tuzlu, canlı malzemelerden yapılmıştır. İyi çalışmıyordu, bu yüzden daha iyi bir yol olması gerektiğini düşündük.”
Silikon, altın, paslanmaz çelik ve iridyum gibi geleneksel mikroelektronik malzemeler implante edildiğinde yara izine neden olur. Kas veya beyin dokusundaki uygulamalarda, elektrik sinyallerinin düzgün çalışması için akması gerekir, ancak izler bu aktiviteyi kesintiye uğratır. Araştırmacılar, bu durumda bir kaplamanın yardımcı olabileceğini düşündü.
Araştırmacı Martin: “Biyolojik olmayan cihazlarda kullanılan konjuge polimerler* (iletken-birleşik) gibi organik elektronik malzemelere bakmaya başladık. Elektronik ekranlar için antistatik kaplama olan, ticari olarak satılan kimyasal stabil bir örnek bulduk. Bu konjuge polimerler elektriksel olarak aktiftir, ancak aynı zamanda iyonik olarak da aktiftir. Karşı iyonlar onlara ihtiyaç duydukları yükü veriyorlar, bu yüzden operasyondayken hem elektronlar hem de iyonlar hareket ediyor. Poli (3,4-etilendioksitiyofen) veya PEDOT olarak bilinen polimer, empedanslarını iki ila üç derece düşürerek tıbbi implantların performansını önemli ölçüde artırdı, böylece hastalarda sinyal kalitesini ve pil ömrünü artırdı.”
Araştırmacılar, test ettikten sonra, polimerin donanım ve insan dokusunu arayüzlemek için gerekli özelliklere sahip olduğunu buldular.
Martin, o zamandan beri, farklı fonksiyonel grupları PEDOT’a koyarak polimerin nasıl uzmanlaşacağını belirledi. Etilendioksitiyofen (EDOT) monomerine bir karboksilik asit, aldehit veya maleimid ikame edicisinin eklenmesi, araştırmacılara çeşitli işlevlere sahip polimerler oluşturma çok yönlülüğü verir.
Sübstitüe edilmemiş (ikame edilmemiş) monomerin maleimid ile sübstitüe edilmiş versiyonla karıştırılması, ekibin peptitleri, antikorları veya DNA’yı ekleyebileceği birçok konuma sahip bir malzeme ile sonuçlanır.
Son zamanlarda Martin’in grubu, vasküler endotelyal büyüme faktörü (VEGF)** için bir antikor eklenmiş bir PEDOT filmi yarattı. VEGF; yaralanmadan sonra kan damarı büyümesini uyarır ve tümörler, kan akışını artırmak için bu proteini ele geçirir. Ekibin geliştirdiği polimer, diğer potansiyel uygulamaların yanı sıra VEGF’nin aşırı ekspresyonunu ve dolayısıyla hastalığın erken aşamalarını tespit etmek için bir sensör görevi görebilir.
Diğer işlevselleştirilmiş polimerlerin üzerlerinde nörotransmiterler bulunur ve bu filmler beyin veya sinir sistemi bozukluklarını algılamaya veya tedavi etmeye yardımcı olabilir. Şimdiye kadar ekip, bağımlılık davranışlarında rol oynayan dopaminli bir polimer ve EDOT monomerinin dopamin ile işlevselleştirilmiş varyantlarını yaptı. Martin, bu biyolojik-sentetik hibrit materyallerin bir gün yapay zekanın insan beyniyle birleştirilmesinde faydalı olabileceğini söylüyor.
Son olarak Martin, hayalinin, bu materyallerin bir yüzeyde nasıl biriktiğini ve ardından bunları canlı bir organizmadaki dokuya yerleştirmek olduğunu söylüyor.
Martin: “Polimerizasyonu canlı bir organizmanın içinde kontrollü bir şekilde yapabilme yeteneği büyüleyici olurdu.”
*Polimer: Monomer denilen görece küçük moleküllerin birbirlerine tekrarlar halinde eklenmesiyle oluşan çok uzun zincirli moleküllerdir. Aynı monomerlerin oluşturduğu polimerlere homopolimer, en az iki farklı tip monomerden oluşan polimere ise kopolimer denir.
** Vasküler Endotelyal Büyüme Faktörü: Vaskülogenezi ve anjiyogenezi uyaran hücreler tarafından üretilen bir sinyal proteinidir. VEGF bir tür vasküler büyüme faktörüdür. VEGF’nin serum konsantrasyonu astım bronşitte ve diyabette yüksektir.
