Zweedse organici hebben bedacht hoe ze alle chemische transistoren kunnen maken, die nodig zijn voor een complete logische schakeling. Klas Tybrandt en Magnus Berggren (Linköping University) hopen er uiteindelijk de signaaloverdracht tussen menselijke cellen mee te kunnen beïnvloeden, zo schrijven ze in Nature Communications.

Zo’n ‘ionentransistor’ is in feite een kunstmatig ionkanaal, qua werking vergelijkbaar met de eiwitten die selectief ionen door celmembranen loodsen. In de Zweeds visie bestaan die ionkanalen uit een elektrisch geladen polymeer dat óf alleen kationen doorlaat óf alleen anionen.

In elektronicatermen zijn zulke polymeren te beschouwen als respectievelijk p- en n-gedoopte halfgeleiders in een transistor. Door ze op verschillende manieren te stapelen kun je npn- of pnp-transistoren bouwen, met verschillende functies.

De Zweden realiseerden deze materialen door een geleidend copolymeer van poly-3,4-ethyleendioxythiofeen en polystyreensulfonaat (PEDOT:PSS) aan te brengen op een PET-substraat. Zo’n laag wordt kationselectief als je hem overoxideert, waarbij de geleiding van het PEDOT-deel ongedaan wordt gemaakt. Anionselectief wordt hij dankzij een aparte laag polyvinylbenzeenchloride (PVBS), op een heel aparte manier gecrosslinkt via quaternaire aminegroepen.

Met chemische etstechnieken kun je in de kation- en anionselectieve lagen patronen aanbrengen, net zoals je dat bij een siliciumchip doet. Op die manier blijkt het mogelijk om twee belangrijke chemische npn-transistoren te maken: een inverter (NOT-gate) die van een 1 een 0 maakt en omgekeerd, en een NAND-gate die van twee enen een 0 maakt en van twee nullen, of één 1 en één 0, een 1.

AND-poorten die van twee enen een 1 maakt en van alle andere combinaties een 0, waren al eerder uitgevonden. In PNAS beschreven de Zweden al eens een experiment waarbij ze met dergelijke AND-poorten de toevoer van de signaalstof acetylcholine naar individuele cellen wisten te controleren. Met de NOT- en de NAND-gates er bij kun je over complexe schakelingen gaan denken met verschillende inputsignalen, bijvoorbeeld om verlamde spieren aan te sturen of de dosering van medicijnen te regelen als functie van de bloedsamenstelling.

De grootste nadelen lijken voorlopig te zijn dat de chemische transistoren vooralsnog een voedingsspanning van een volt of 10 nodig hebben om te werken, en vooral dat de responstijd van rond de 100 seconden alleen is te omschrijven als tergend langzaam.

bron: Linköping University