Aunque verdaderos "cyborgs", en parte humanos, en parte seres robóticos, son ciencia ficción, los investigadores están dando pasos hacia la integración de la electrónica con el cuerpo. Dichos dispositivos podrían monitorear el desarrollo de tumores o reemplazar los tejidos dañados. Pero conectar la electrónica directamente a los tejidos humanos del cuerpo es un gran desafío. Ahora, un equipo está informando sobre nuevos recubrimientos para componentes que podrían ayudarlos a adaptarse más fácilmente a este entorno.

Los investigadores presentarán sus resultados hoy en la Reunión y Exposición Virtual de Otoño de 2020 de la American Chemical Society (ACS).

"Tuvimos la idea de este proyecto porque estábamos tratando de establecer una interfaz rígida, microelectrodos inorgánicos con el cerebro, pero los cerebros están hechos de material orgánico, salado, materiales vivos, "dice David Martin, Doctor., quien dirigió el estudio. "No estaba funcionando bien, así que pensamos que debe haber una mejor manera ".

Materiales microelectrónicos tradicionales, como el silicio, oro, acero inoxidable e iridio, Causar cicatrices cuando se implanta. Para aplicaciones en tejido muscular o cerebral, las señales eléctricas deben fluir para que funcionen correctamente, pero las cicatrices interrumpen esta actividad. Los investigadores razonaron que un recubrimiento podría ayudar.

"Empezamos a buscar materiales electrónicos orgánicos como polímeros conjugados que se utilizaban en dispositivos no biológicos, "dice Martin, que está en la Universidad de Delaware. "Encontramos un ejemplo químicamente estable que se vendió comercialmente como recubrimiento antiestático para pantallas electrónicas". Después de la prueba, los investigadores encontraron que el polímero tenía las propiedades necesarias para interconectar el hardware y el tejido humano.

"Estos polímeros conjugados son eléctricamente activos, pero también son iónicamente activos, ", Dice Martin." Los iones contrarios les dan la carga que necesitan, por lo que cuando están en funcionamiento, tanto los electrones como los iones se mueven ". El polímero, conocido como poli (3, 4-etilendioxitiofeno) o PEDOT, mejoró drásticamente el rendimiento de los implantes médicos al reducir su impedancia de dos a tres órdenes de magnitud, aumentando así la calidad de la señal y la vida útil de la batería en los pacientes.

Desde entonces, Martin ha determinado cómo especializar el polímero, poner diferentes grupos funcionales en PEDOT. Añadiendo un ácido carboxílico, El sustituyente aldehído o maleimida del monómero de etilendioxitiofeno (EDOT) brinda a los investigadores la versatilidad para crear polímeros con una variedad de funciones.

"La maleimida es particularmente poderosa porque podemos hacer sustituciones químicas de clic para hacer polímeros y biopolímeros funcionalizados, ", Dice Martin. La mezcla de monómero no sustituido con la versión sustituida con maleimida da como resultado un material con muchas ubicaciones donde el equipo puede unir péptidos, anticuerpos o ADN. "Nombra tu biomolécula favorita, y, en principio, puede hacer una película PEDOT que tenga cualquier grupo biofuncional que le interese, " él dice.

Más reciente, El grupo de Martin creó una película PEDOT con un anticuerpo para el factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) adjunto. VEGF estimula el crecimiento de los vasos sanguíneos después de una lesión, y los tumores secuestran esta proteína para aumentar su suministro de sangre. El polímero que desarrolló el equipo podría actuar como sensor para detectar la sobreexpresión de VEGF y, por lo tanto, las primeras etapas de la enfermedad. entre otras aplicaciones potenciales.

Otros polímeros funcionalizados tienen neurotransmisores, y estas películas podrían ayudar a detectar o tratar trastornos cerebrales o del sistema nervioso. Hasta aquí, el equipo ha fabricado un polímero con dopamina, que juega un papel en los comportamientos adictivos, así como variantes funcionalizadas con dopamina del monómero EDOT. Martin dice que estos materiales híbridos biológico-sintéticos podrían algún día ser útiles para fusionar la inteligencia artificial con el cerebro humano.

Por último, Martin dice, su sueño es poder adaptar cómo se depositan estos materiales en una superficie y luego ponerlos en tejido en un organismo vivo. "La capacidad de realizar la polimerización de forma controlada dentro de un organismo vivo sería fascinante".