El cerebro es blando y la electrónica rígida. lo que puede hacer que la combinación de los dos sea un desafío, como cuando los neurocientíficos implantan electrodos para medir la actividad cerebral y tal vez emiten pequeñas descargas eléctricas para aliviar el dolor u otros propósitos.

El ingeniero químico Zhenan Bao está tratando de cambiar eso. Durante más de una década, su laboratorio ha estado trabajando para hacer que los dispositivos electrónicos sean suaves y flexibles para que se sientan y funcionen casi como una segunda piel. Por el camino, el equipo ha comenzado a centrarse en hacer que los plásticos quebradizos que pueden conducir la electricidad sean más elásticos.

Ahora en Avances de la ciencia , El equipo de Bao describe cómo tomaron un plástico tan frágil y lo modificaron químicamente para hacerlo tan flexible como una goma elástica. mientras mejora ligeramente su conductividad eléctrica. El resultado es un suave, electrodo flexible que es compatible con nuestros nervios flexibles y sensibles.

"Este electrodo flexible abre muchos nuevos posibilidades emocionantes en el futuro para interfaces cerebrales y otros dispositivos electrónicos implantables, "dijo Bao, profesor de ingeniería química. "Aquí, tenemos un nuevo material con un rendimiento eléctrico sin concesiones y una gran capacidad de estiramiento ".

El material sigue siendo un prototipo de laboratorio, pero el equipo espera desarrollarlo como parte de su enfoque a largo plazo en la creación de materiales flexibles que interactúen con el cuerpo humano.

Interfaz flexible

Los electrodos son fundamentales para la electrónica. Conducir electricidad, estos cables llevan señales de ida y vuelta que permiten que los diferentes componentes de un dispositivo trabajen juntos. En nuestros cerebros fibras especiales en forma de hilo llamadas axones juegan un papel similar, transmitir impulsos eléctricos entre neuronas. El plástico estirable de Bao está diseñado para hacer una conexión más fluida entre el rígido mundo de la electrónica y los electrodos orgánicos flexibles en nuestros cuerpos.

"Una cosa sobre el cerebro humano que mucha gente no sabe es que cambia de volumen a lo largo del día, "dice el investigador postdoctoral Yue Wang, el primer autor del artículo. "Se hincha y se desvanece". La generación actual de implantes electrónicos no puede estirarse y contraerse con el cerebro y complicar el mantenimiento de una buena conexión.

"Si tenemos un electrodo con una suavidad similar a la del cerebro, formará una mejor interfaz, "dijo Wang.

Para crear este electrodo flexible, los investigadores comenzaron con un plástico que tenía dos cualidades esenciales:alta conductividad y biocompatibilidad, lo que significa que podría ponerse en contacto de forma segura con el cuerpo humano. Pero este plástico tenía un defecto:era muy frágil. Estirarlo incluso un 5 por ciento lo rompería.

Herida y quebradiza

Mientras Bao y su equipo buscaban preservar la conductividad al tiempo que agregaban flexibilidad, trabajaron con científicos del Laboratorio Nacional Acelerador de SLAC para utilizar un tipo especial de rayos X para estudiar este material a nivel molecular. Todos los plásticos son polímeros; es decir, cadenas de moléculas encadenadas como cuentas. En realidad, el plástico de este experimento estaba compuesto por dos polímeros diferentes que estaban estrechamente enrollados. Uno era el conductor eléctrico. El otro polímero fue esencial para el proceso de fabricación del plástico. Cuando estos dos polímeros se combinaron, crearon un plástico que era como una cuerda quebradiza, estructuras en forma de esfera. Era conductor pero no flexible.

Los investigadores plantearon la hipótesis de que si pudieran encontrar el aditivo molecular adecuado para separar estos dos polímeros estrechamente enrollados, podrían evitar esta cristalización y dar al plástico más estiramiento. Pero tenían que tener cuidado:agregar material a un conductor generalmente debilita su capacidad para transmitir señales eléctricas.

Después de probar más de 20 aditivos moleculares diferentes, finalmente encontraron uno que hizo el truco. Era una molécula similar al tipo de aditivos que se utilizan para espesar las sopas en las cocinas industriales. Este aditivo transformó la estructura molecular gruesa y frágil del plástico en un patrón de red con agujeros en las hebras para permitir que el material se estire y se deforme. Cuando probaron la elasticidad de su nuevo material, estaban encantados de descubrir que se volvía un poco más conductivo cuando se estiraba al doble de su longitud original. El plástico se mantuvo muy conductor incluso cuando se estiró al 800 por ciento de su longitud original.

"Pensamos que si añadíamos material aislante, obtendríamos una conductividad realmente pobre, especialmente cuando agregamos tanto, ", dijo Bao. Pero gracias a su conocimiento preciso de cómo sintonizar el ensamblaje molecular, los investigadores obtuvieron lo mejor de ambos mundos:la conductividad más alta posible para el plástico y, al mismo tiempo, lo transformaron en una sustancia muy robusta y elástica.

"Al comprender la interacción a nivel molecular, podemos desarrollar componentes electrónicos que son suaves y elásticos como la piel, sin dejar de ser conductor, "Dice Wang.