Kuigi robotelunditega inimesi ehk küborge kohtab eeskätt ulmekirjanduses, liiguvad teadlased sammhaaval elektroonika ja inimkeha kokkuviimise poole. Kehasse paigutatud tehiselundid võivad tuua inimesele palju kasu: näiteks võivad need varakult leida võimaliku ajukasvaja või asendada mõnd kahjustatud kudet. Paraku pole inimkeha elektroonikaseadmetele just lihtne toimimiskeskkond.

Hõlbustamaks tulevikus elektrooniliste terviseseadmete kasutust, valmistasid ameerika keemiaühingu (ACS) teadlased uut tüüpi kattematerjali, millega kaetud küberelundid peavad inimkoes paremini vastu.

Elektroonikavaenulik inimkeha

Uuringu juhtivautori David Martini sõnul tekkis tal ja kolleegidel mõte uus materjal luua pärast ebaõnnestunud katset siirdada inimajju mikroelektroode. Aju koosneb orgaanilisest soolarikkast eluskoest, mistap ei hakanud jäigad anorgaanilisest materjalist elektroodid seal korralikult tööle.

Tavapärased mikroelektroodide materjalid nagu silikoon, kuld, roostevaba teras ja iriidium jätavad siirdamisel koele arme. Lihas- või ajukoesse siirdatud seadmed peavad töötamiseks püüdma elektrisignaale, ent koesse tekkinud armid segavad seda signaalivahetust. Sestap oletasid uurijad, et õige kate võib elektroode koe segamise eest kaitsta.

Martini sõnul pöörasid teadlased oma pilgud orgaaniliste elektroonikamaterjalide poole. Viimased on näiteks pööratud polümeerid, mida kasutatakse mittebioloogilistes seadmetes. Uurijad leidsid keemiliselt stabiilse näidispolümeeri, mida müüdi jaekaubanduses antistaatilise ekraanikattena. Katsed näitasid, et leitud polümeer sobis omadustelt riistvara ja inimkoe ühendamiseks.

Katsetatud PEDOT-nimeline polümeer hõlbustas siirdatud meditsiiniseadmete tööd tuntavalt, sest vähendas nende elektritakistust kolme suurusjärgu võrra. Nii paranes seadme elektrisignaali kvaliteet ja selle aku pidas inimkehas kauem vastu.

Kattepolümeerid igale maitsele

Pärast esmaseid katseid tegi David Martin kindlaks, kuidas PEDOT-i erinevateks otstarveteks kohandada. Lisades karboksüülhapet, aldehüüdi või maleimiidiasendajat etüleendioksütiofeeni (EDOT) monomeerile said uurijad luua mitmesuguste funktsioonidega polümeere.

Martini sõnul on maelimiid eridi võimas lisand, sest sellega saab clicki keemia meetodil teha kindla eesmärgiga polümeere ja biopolümeere. Segades omavahel asendamata monomeeri ja maleimiidiga asendatud monomeeri, on tulemuseks materjal, kuhu saab mitmesse kohta lisada meelepäraseid peptiide, antikehasid või DNA-molekule.

Hiljaaegu valmistas Martini juhitud uurimisrühm PEDOT-kelme (õhukese ainekihi – toim.), millele oli lisatud veresoonte endoteeli kasvufaktori ehk VEGFi antikehi. VEGF on valk, mis mõjutab veresoonte kasvu pärast vigastust. Paraku hõivavad sele valgu kasvajad, et enda verevarustust parandada. Uurimisrühma loodud polümeer võib tuvastada VEGFi liiasuse ning saada sestap varakult jälile näiteks kasvajahaigustele.

Teiste kindlaks eesmärgiks loodud polümeeride küljes on aga virgatsaine. Sellise koostisega kattekelme võib aidata tuvastada aju- või närvisüsteemi haigusi. Uurijad valmistasid ka dopamiiniga polümeeri, mis aitab reguleerida sõltuvuskäitumist.

David Martini sõnul võib uusi bioloogilis-sünteetilisi materjale tulevikus kasutada tehisintellekti ja inimaju ühildamiseks. Ta loodab edaspidi materjali veelgi täiustada, et tulevikus seadmete kattekiht alles kehasse siirdamise järel polümeerseks muuta.

Uurijad esitlevad uut materjali 17. augustil Ameerika keemiaühingu 2020. aasta sügisesel virtuaalsel kohtumisel ja väljanäitusel.