Bioelektroniczne urządzenia do zastosowań biomedycznych
Urządzenia bioelektroniczne mają duże znaczenie naukowe i praktyczne dla nauk podstawowych oraz dla możliwych zastosowań w medycynie, branży zaawansowanych technologii, wojskowości itd. Integracja biomateriałów z elementami elektronicznymi, takimi jak elektrody, chipy i tranzystory skutkuje powstaniem systemów hybrydowych, które mogą działać jako ogniwa biopaliwowe, bioczujniki i urządzenia bioinformatyczne. Jednak jedną z głównych przeszkód stojących przed bioelektroniką jest słaba elektroniczna komunikacja pomiędzy biokomponentami i elementami elektronicznymi. Najważniejszym celem prac finansowanego z budżetu UE projektu 3D-NANOBIODEVICE ("Three-dimensional nanobiostructure-based self-contained devices for biomedical application") było stworzenie hybrydowego systemu bioelektronicznego, który mógłby pracować w różnych biomatrycach, takich jak krew, surowica i osocze. Z perspektywy naukowej, partnerzy pragnęli zrozumieć fundamentalne zasady kontroli reakcji transferu elektronów pomiędzy nanocząsteczkami złota (AuNP), nanoorurkami węgla, a także ich trójwymiarowymi połączeniami oraz poszczególnymi bioelementami. W tym celu badacze postanowili połączyć nanoprzewodami enzymy redoks z nanocząsteczkami złota lub nanorurkami węglowymi, przeprowadzili odpowiednie modyfikacje powierzchni i użyli kompleksów redoks. Aby uzyskać tak dobre charakterystyki bioelektrod, przeprowadzono uprzednio matematyczne modelowanie ich działania, a uzyskane wyniki obliczeń porównano z parametrami wyznaczonymi eksperymentalnie. Konsorcjum projektu udało się sporządzić wrażliwe na glukozę i tlen trójwymiarowe bioelektrody, których użyto jako bioczujników, a także jako bioanod i biokatod w ogniwach biopaliwowych. Bioczujniki zostały podłączone do układów elektronicznych zawierających niskoprądowy nadajnik radiowy, wzmacniacz napięcia i mikropotencjostat, a każdy z tych elementów był zasilany ogniwami biopaliwowymi. Sygnały z tych hybrydowych biourządzeń, odpowiadające zmieniającym się stężeniom bioanalitów, były przesyłane do komputera w celu dalszego przetworzenia. Nowością podczas prac tego projektu była demonstracja wykonalności funkcjonujących samozasilających się bezprzewodowych biourządzeń do stałego monitorowania poziomu glukozy i tlenu w różnych biomacierzach. Oczekuje się, że poprawi to jakość życia pacjentów oraz zwiększy ich bezpieczeństwo podczas przebiegu chorób przewlekłych, takich jak cukrzyca.
