Das Melaninpigment, das unsere Haare und Augen färbt und Eumelanin genannt wird, leitet seit langem Elektrizität. Bisher war die Menge jedoch für eine nützliche Anwendung zu gering.
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Tempern von Eumelanin
Jetzt italienische Forscher möglicherweise gefunden eine Möglichkeit, sein Potenzial durch subtile Modifizierung seiner Struktur zu erhöhen. Dazu wurde Eumelanin im Vakuum erhitzt, was als Tempern bezeichnet wird.
"Unser Verfahren führte zu einer milliardenfachen Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit von Eumelanin", so die leitenden Autoren der Studie. Dr. Alessandro Pezzella von der Universität Neapel Federico II und Dr. Paolo Tassini von der italienischen Nationalen Agentur für neue Technologien, Energie und nachhaltige wirtschaftliche Entwicklung.
"Dies ermöglicht das lang erwartete Design der Elektronik auf Melaninbasis, die aufgrund der Biokompatibilität des Pigments für implantierte Geräte verwendet werden kann."
Was Eumelanin so aufregend macht, ist, dass es vollständig biokompatibel ist, was bedeutet, dass es eines Tages in der Cyborg-Technologie verwendet werden könnte.
"Melanine kommen in nahezu allen Lebensformen auf natürliche Weise vor. Sie sind ungiftig und lösen keine Immunreaktion aus", erklärt Pezzella.
"In der Umwelt sind sie auch vollständig biologisch abbaubar."
Bisher konnte jedoch niemand sein Potenzial in der implantierbaren Elektronik nutzen, da seine Leitfähigkeit sowohl in synthetischem als auch in natürlichem Eumelanin viel zu niedrig war. Um dies zu ändern, untersuchten die Forscher die Struktur von Eumelanin.
"Alle chemischen und physikalischen Analysen von Eumelanin zeigen dasselbe Bild - von Elektronen-Sharing-Molekülschichten, die unordentlich gestapelt sind. Die Antwort lag auf der Hand: Die Stapel zerlegen und die Schichten ausrichten, damit sie alle Elektronen teilen können - dann dieStrom wird fließen. "
Der von ihnen angewandte Prozess wird als Tempern bezeichnet. Er besteht aus Erhitzen von Metall oder Glas und langsames Abkühlenlassen, um innere Spannungen zu beseitigen und zu verstärken. wird bereits zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit verwendet.
Hochvakuumgeglühtes Eumelanin
"Wir haben diese Eumelaninfilme - nicht dicker als ein Bakterium - unter Vakuumbedingungen von 30 Minuten bis zu 6 Stunden erhitzt", beschreibt Tassini. "Wir nennen das resultierende Material hochvakuumgeglühtes Eumelanin, HVAE."
Das Verfahren erwies sich für Eumelanin als erfolgreich. Forscher berichteten, dass die HVAE-Filme dunkelbraun und etwa so dick wie ein Virus wurden. Das Beste war, dass ihre Leitfähigkeit in unglaublichem Maße anstieg.
"Die Leitfähigkeit der Filme stieg nach 2-stündigem Tempern bei 600 ° C milliardenfach auf einen beispiellosen Wert von über 300 S / cm", bestätigt Pezzella.
Dies macht Eumelanin mit einem nützlichen Bereich der Bioelektronik kompatibel. Und was noch wichtiger ist, die Forscher fanden heraus, dass die Leitfähigkeit von HVAE gemäß den Glühbedingungen abstimmbar war.
"Die Leitfähigkeit der Filme stieg mit zunehmender Temperatur von 1000-fach bei 200 ° C. Dies eröffnet die Möglichkeit, Eumelanin für eine Vielzahl von Anwendungen in der organischen Elektronik und Bioelektronik maßzuschneidern. Es unterstützt auch nachdrücklich die Schlussfolgerung aus der Strukturanalysedieses Tempern reorganisierte die Filme, anstatt sie zu verbrennen. "
Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Grenzen der Chemie.