Los polímeros que son buenos conductores de electricidad podrían ser útiles en dispositivos biomédicos, para ayudar con la detección o la electroestimulación, por ejemplo. Pero ha habido un escollo que ha impedido su uso generalizado:su incapacidad para adherirse a una superficie como un sensor o un microchip, y permanecer quieto a pesar de la humedad del cuerpo.

Ahora, Los investigadores del MIT han ideado una forma de conseguir que los geles de polímeros conductores se adhieran a las superficies húmedas.

El nuevo método adhesivo se describe en la revista Avances de la ciencia en un artículo del estudiante de doctorado del MIT Hyunwoo Yuk, ex académico visitante Akihisa Inoue, postdoctorado Baoyang Lu, y el profesor de ingeniería mecánica Xuanhe Zhao.

La mayoría de los electrodos utilizados para dispositivos biomédicos están hechos de platino o aleaciones de platino-iridio, Zhao explica. Estos son muy buenos conductores eléctricos que son duraderos dentro del ambiente húmedo del cuerpo. y químicamente estables para que no interactúen con los tejidos circundantes. Pero su rigidez es un gran inconveniente. Debido a que no pueden flexionarse ni estirarse mientras el cuerpo se mueve, pueden dañar los tejidos delicados.

Polímeros conductores como PEDOT:PSS, por el contrario, puede igualar muy de cerca la suavidad y flexibilidad de los tejidos vulnerables del cuerpo. La parte complicada ha sido lograr que se mantengan conectados a los dispositivos biomédicos a los que están conectados. Los investigadores han estado luchando durante años para hacer que estos polímeros sean duraderos en los entornos corporales húmedos y siempre en movimiento.

"Se han publicado miles de artículos sobre las ventajas de estos materiales, "Yuk dice, pero las empresas que fabrican dispositivos biomédicos "simplemente no los usan, "porque necesitan materiales que sean extremadamente confiables y estables. Una falla del material podría requerir un procedimiento quirúrgico invasivo para reemplazarlo, lo que conlleva un riesgo adicional para el paciente.

Los electrodos metálicos rígidos "a veces dañan los tejidos, pero funcionan bien en términos de confiabilidad y estabilidad durante un período de años, "que no ha sido el caso de los sustitutos de polímeros hasta ahora, él dice.

La mayoría de los esfuerzos para abordar este problema han implicado realizar modificaciones significativas en los materiales poliméricos para mejorar su durabilidad y su capacidad de adherencia. pero Yuk dice que eso crea sus propios problemas:las empresas ya han invertido mucho en equipos para fabricar estos polímeros, y los cambios importantes en la formulación requerirían una inversión significativa en nuevos equipos de producción. Estos cambios serían para un mercado relativamente pequeño en términos económicos, aunque grande en impacto potencial. Otros enfoques que se han probado se limitan a materiales específicos. En lugar de, el equipo del MIT se centró en realizar la menor cantidad de cambios posibles, para garantizar la compatibilidad con los métodos de producción existentes, y hacer que el método sea aplicable a una amplia variedad de materiales.

Su método implica una capa adhesiva extremadamente fina entre el hidrogel de polímero conductor y el material del sustrato. Aunque solo tiene unos pocos nanómetros de espesor (mil millonésimas de metro), esta capa resulta ser eficaz para hacer que los geles se adhieran a cualquiera de una amplia variedad de materiales de sustrato de uso común, incluyendo vidrio, poliimida óxido de indio y estaño, y oro. La capa adhesiva penetra en el propio polímero, produciendo un duro, estructura protectora duradera que mantiene el material en su lugar incluso cuando se expone durante largos períodos a un ambiente húmedo.

La capa adhesiva se puede aplicar a los dispositivos mediante una variedad de procesos de fabricación estándar, incluyendo recubrimiento por centrifugación, recubrimiento por pulverización, y revestimiento por inmersión, facilitando la integración con las plataformas de fabricación existentes. El revestimiento que utilizaron los investigadores en sus pruebas está hecho de poliuretano, un material hidrófilo (que atrae el agua) que está fácilmente disponible y es económico, aunque también podrían usarse otros polímeros similares. Dichos materiales "se vuelven muy fuertes cuando forman redes interpenetrantes, "como lo hacen cuando se recubren con el polímero conductor, Yuk explica. Esta resistencia mejorada debería abordar los problemas de durabilidad asociados con el polímero sin recubrimiento, él dice.

El resultado es un gel conductor y mecánicamente fuerte que se adhiere firmemente a la superficie a la que está adherido. "Es un proceso muy simple, "Dice Yuk.

La unión demuestra ser muy resistente a la flexión, retortijón, e incluso plegado del material del sustrato. El polímero adhesivo ha sido probado en el laboratorio bajo condiciones de envejecimiento acelerado utilizando ultrasonido, pero Yuk dice que para que la industria de dispositivos biomédicos acepte un material tan nuevo requerirá más tiempo, pruebas más rigurosas para confirmar la estabilidad de estas fibras recubiertas en condiciones realistas durante largos períodos de tiempo.

"Estaríamos muy contentos de obtener la licencia y poner esta tecnología en el mercado para probarla más en situaciones realistas, ", dice. El equipo ha comenzado a hablar con los fabricantes para ver" cómo podemos ayudarlos mejor a probar este conocimiento, " él dice.

"Creo que este es un gran trabajo, "dice Zhenan Bao, profesor de ingeniería química en la Universidad de Stanford, que no estuvo asociado con esta investigación. "Los adhesivos húmedos ya son un gran desafío. Los adhesivos conductores que funcionan bien en condiciones húmedas son aún más raros. Son muy necesarios para las interfaces nerviosas y para registrar señales eléctricas del corazón o el cerebro".

Bao dice que este trabajo "es un gran avance en el campo de la bioelectrónica".