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机器人是否会由黑色素制成 颜料突破使生物相容性电子产品成为可能

发布时间:2019-03-27 09:57:03 来源:

深褐色的黑色素,真黑素,染发和眼睛,保护我们的皮肤免受阳光伤害。人们早就知道它可以导电,但对于任何有用的应用来说都太少了 - 直到现在。

在一项发表在Frontiers in Chemistry上的具有里程碑意义的研究中,意大利研究人员通过在真空中加热来巧妙地改变了真黑素的结构。

“我们的工艺使真黑素的电导率增加了十亿倍,”研究资深作者,那不勒斯费德里科二世大学的Alessandro Pezzella博士和意大利国家新技术,能源和可持续经济发展局的Paolo Tassini博士说。“这使人们可以期待设计基于黑色素的电子产品,由于颜料的生物相容性,可以用于植入设备。”

真黑素是一种生物相容性导体

当科学家们首次发现一种黑色素可以导电时,一个年轻的佩泽拉甚至没有开始上学。由于真黑素 - 头发,皮肤和眼睛中的深褐色色素 - 完全具有生物相容性,因此在这一发现中迅速兴奋起来。

“黑色素几乎可以在所有生命形式中自然发生。它们无毒,不引起免疫反应,”Pezzella解释道。“在环境中,它们也是完全可生物降解的。”

几十年后,尽管对黑色素的结构进行了广泛的研究,但没有人能够利用其在植入式电子产品中的潜力。

“到目前为止,合成以及天然真黑素的电导率对于有价值的应用来说已经太低了,”他补充道。

一些研究人员试图通过将真核色素与金属结合,或者将其加热成石墨烯类材料来提高电导率,但他们留下的并不是真正的生物相容性导电材料。

那不勒斯小组决定找到真正的交易,考虑了真黑素的结构。

“真黑素的所有化学和物理分析都绘制了相同的电子共享分子板图片,杂乱地堆叠在一起。答案似乎很明显:堆叠并对齐板材,这样它们都可以共享电子 - 然后电力就会流。”

热处理可以拉直头发颜料

这种称为退火的过程已被用于提高材料(如金属)的导电性和其他性能。

研究人员首次在高真空下通过退火过程将合成的真黑素薄膜放在一起,使它们直接上升 - 有点像头发拉直,但只有颜料。

“我们在真空条件下加热这些真黑素薄膜 - 不比细菌厚,从30分钟到6小时,”Tassini描述道。“我们将所得材料称为高真空退火的真黑素,HVAE。”

退火对真黑素产生奇迹:薄膜减少了一半以上,并且变得非常棕褐色。

塔西尼报告说:“HVAE电影现在是深褐色,大约和病毒一样厚。”

至关重要的是,这些电影并没有被简单地烧成清脆。

“我们所有的各种分析都认为这些变化反映了真黑素分子从随机取向到均匀的电子共享堆栈的重组。退火温度太低而不能破坏真黑素,我们检测不到元素碳的燃烧。”

电导率增加十亿倍

在实现了对真黑素的预期结构变化后,研究人员以惊人的方式证明了他们的假设。

“在600°C退火2小时后,薄膜的电导率增加了数十亿倍,达到前所未有的超过300 S / cm的值,”Pezzella证实。

尽管大多数金属导体都很短 - 铜的电导率约为6 x 107 S / cm,但这一发现很可能将真黑色素发挥到了生物电子学的有用范围。

而且,HVAE的电导率可根据退火条件进行调节。

“薄膜的电导率随着温度的升高而增加,从200°C的1000倍开始。这为真正的有机电子和生物电子学的广泛应用提供了定制真黑素的可能性。它还有力地支持退火的结构分析结论。重组了电影,而不是燃烧它们。“

存在一种潜在的阻尼剂:将膜浸入水中导致导电率显着降低。

“这与未经处理的真黑素形成对比,后者虽然在更低的范围内,但随着水合作用(湿度)变得更具导电性,因为它通过离子和电子传导电流。需要进一步研究以充分了解真黑素电导率中离子与电子的贡献。这可能是如何在植入式电子产品中实际使用真黑素的关键。“ Pezzella总结道。

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