O problema é uma incompatibilidade fundamental nos estilos de comunicação.

Essa conclusão pode surgir durante o processo de divórcio, ou descrever uma linha diplomática. Mas os cientistas que projetam polímeros que podem superar a divisão biológica e eletrônica também precisam lidar com estilos de mensagens incompatíveis. A eletrônica depende da corrida de fluxos de elétrons, mas o mesmo não é verdade para nossos cérebros.

"A maior parte de nossa tecnologia depende de correntes eletrônicas, mas a biologia transduz sinais com íons, que são átomos carregados ou moléculas, "disse David Ginger, professor de química da Universidade de Washington e cientista-chefe do Instituto de Energia Limpa da UW. "Se você deseja fazer a interface eletrônica e biologia, você precisa de um material que se comunique com eficácia entre esses dois reinos. "

Ginger é o autor principal de um artigo publicado online em 19 de junho em Materiais da Natureza no qual os pesquisadores da UW mediram diretamente uma película fina feita de um único tipo de polímero conjugado - um plástico condutor - ao interagir com íons e elétrons. Eles mostram como as variações no layout do polímero produziram regiões rígidas e não rígidas do filme, e que essas regiões podem acomodar elétrons ou íons - mas não os dois igualmente. O mais suave, áreas não rígidas eram maus condutores de elétrons, mas podiam inchar sutilmente para receber íons, enquanto o oposto era verdadeiro para regiões rígidas.

Polímeros semicondutores orgânicos são matrizes complexas feitas de unidades repetidas de uma molécula rica em carbono. Um polímero orgânico que pode acomodar os dois tipos de condução - íon e elétrons - é a chave para a criação de novos biossensores, implantes bioeletrônicos flexíveis e baterias melhores. Mas as diferenças de tamanho e comportamento entre elétrons minúsculos e íons volumosos não tornaram essa tarefa fácil. Seus resultados demonstram como a síntese do polímero e o processo de layout são críticos para as propriedades de condutância eletrônica e iônica do filme. Suas descobertas podem até apontar o caminho a seguir na criação de dispositivos de polímero que podem equilibrar as demandas de transporte eletrônico e transporte de íons.

"Agora entendemos os princípios de design para fazer polímeros que podem transportar íons e elétrons de forma mais eficaz, "disse Ginger." Nós até demonstramos por microscopia como ver os locais nesses filmes de polímero macio onde os íons estão sendo transportados com eficácia e onde não estão. "

A equipe de Ginger mediu as propriedades físicas e eletroquímicas de um filme feito de poli (3-hexiltiofeno), ou P3HT, que é um material semicondutor orgânico relativamente comum. Autor principal, Rajiv Giridharagopal, um cientista pesquisador do Departamento de Química da UW, sondou as propriedades eletroquímicas do filme P3HT, em parte, emprestando uma técnica originalmente desenvolvida para medir eletrodos em baterias de íon-lítio.

A abordagem, microscopia eletroquímica de deformação, usa uma sonda em forma de agulha suspensa por um braço mecânico para medir as mudanças no tamanho físico de um objeto com precisão de nível atômico. Giridharagopal descobriu que, quando um filme P3HT foi colocado em uma solução iônica, certas regiões do filme podem inchar sutilmente para permitir que os íons fluam para dentro do filme.

"Este foi um inchaço quase imperceptível - apenas 1 por cento da espessura total do filme, "disse Giridharagopal." E usando outros métodos, descobrimos que as regiões do filme que podiam inchar para acomodar a entrada de íons também tinham uma estrutura e disposição de polímero menos rígidas. "

Regiões mais rígidas e cristalinas do filme não podem inchar para permitir a entrada de íons. Mas as áreas rígidas eram manchas ideais para a condução de elétrons.

Ginger e sua equipe queriam confirmar que as variações estruturais no polímero eram a causa dessas variações nas propriedades eletroquímicas do filme. Co-autora Christine Luscombe, professor associado de ciência e engenharia de materiais da UW e membro do Clean Energy Institute, e sua equipe fez novos filmes P3HT que tinham diferentes níveis de rigidez com base nas variações no arranjo do polímero.

Ao submeter esses novos filmes à mesma série de testes, Giridharagopal mostrou uma correlação clara entre o arranjo do polímero e as propriedades eletroquímicas. Os layouts de polímero menos rígidos e mais amorfos produziram filmes que podem inchar para permitir a entrada de íons, mas eram maus condutores de elétrons. Arranjos de polímeros mais cristalinos produziram filmes mais rígidos que poderiam facilmente conduzir elétrons. Essas medições demonstram pela primeira vez que pequenas diferenças estruturais em como os polímeros orgânicos são processados ​​e montados podem ter consequências importantes em como o filme acomoda íons ou elétrons. Também pode significar que essa compensação entre as necessidades de íons e elétrons é inevitável. Mas esses resultados dão a Ginger esperança de que outra solução seja possível.

"A implicação dessas descobertas é que você poderia concebivelmente incorporar um material cristalino - que poderia transportar elétrons - dentro de um material que é mais amorfo e poderia transportar íons, "disse Ginger." Imagine que você pudesse aproveitar o melhor dos dois mundos, para que você pudesse ter um material capaz de transportar elétrons com eficácia e aumentar com a captação de íons - e então acoplar os dois um ao outro. "