Un equipo de investigación, dirigido conjuntamente por los profesores Jiyun Kim, Chaenyung Cha y Myoung Hoon Song del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de UNIST, ha presentado el primer papel bioelectrónico flexible y biodegradable del mundo con funcionalidad de estimulación inalámbrica distribuida homogéneamente para una personalización sencilla de los dispositivos bioelectrónicos. implantes.
Estos materiales innovadores están hechos de materiales funcionales a nanoescala y, por lo tanto, se pueden personalizar aún más utilizando métodos simples, como enrollar, cortar, doblar hacia adentro y hacia afuera sin perder funcionalidad.
El equipo de investigación espera que estos resultados con una flexibilidad de diseño sin precedentes puedan sentar las bases para la personalización rápida, sencilla y de bajo costo de implantes bioelectrónicos temporales para terapias de estimulación inalámbrica mínimamente invasivas.
El trabajo está publicado en la revista Advanced Materials .
Los dispositivos de estimulación eléctrica implantados son cruciales para promover la actividad neuronal y la regeneración de tejidos mediante estimulación eléctrica. Por tanto, estos dispositivos son fundamentales para el tratamiento de diversas enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Alzheimer.
Sin embargo, la mayoría de los implantes bioelectrónicos de última generación requieren componentes electrónicos rígidos y voluminosos que son mecánicamente incompatibles con la delicada estructura de los nervios y otros tejidos, lo que dificulta su cambio libre en varios tamaños y formas en tiempo real. P>
Además, la necesidad de conexiones de cables, reemplazo de baterías y cirugías de extracción posteriores al tratamiento pueden aumentar el riesgo de infección y hacer que los tratamientos clínicos sean complejos.
En este estudio, el equipo de investigación desarrolló con éxito un papel bioelectrónico flexible, biomimético, liviano y biodegradable que se puede cortar y adaptar después de la fabricación conservando funcionalidades, lo que permite una producción simple y rápida de implantes bioelectrónicos de varios tamaños, formas y micro. - y macroestructuras.
En primer lugar, sintetizaron nanopartículas magnetoeléctricas (MEN) que facilitan la estimulación eléctrica en respuesta a un campo magnético externo. Las nanopartículas sintetizadas toman la forma de una estructura "Core@Shell" que acopla un núcleo magnetoestrictivo que transduce el campo magnético en tensión local y una capa piezoeléctrica que transduce la tensión en campo eléctrico.
Al integrar MEN en nanofibras biodegradables (NF) electrohiladas, el equipo produjo un electroestimulador inalámbrico, poroso, biodegradable, similar al papel. Los experimentos in vitro demostraron aún más la capacidad del material para proporcionar electroestimulación inalámbrica y promover la actividad neuronal simultáneamente.
"El material desarrollado ofrece opciones de tratamiento personalizadas adaptadas a las necesidades individuales y características físicas, simplificando los procesos de tratamiento, mejorando la flexibilidad y la versatilidad en aplicaciones clínicas basadas en estimulación eléctrica", afirma el investigador postdoctoral y primer autor Jun Kyu Choe.
El material fabricado es tan flexible y liviano como el papel. Puede estar estrechamente unido a superficies complejas, como la superficie curva de los modelos de cerebro humano. En particular, también se puede cortar en formas y escalas arbitrarias, manteniendo su función.
Además, mostró una flexibilidad excepcional, suficiente para fabricar un conducto nervioso cilíndrico para regenerar nervios, con un radio de curvatura demostrado de 400 µm.
Según el equipo de investigación, "este trabajo presenta una estrategia prometedora para el desarrollo de implantes bioelectrónicos inalámbricos flexibles y biodegradables que pueden personalizarse fácilmente para diversas circunstancias clínicas y físicas".
"La combinación de materiales fibrosos magnetoeléctricos y biodegradables a nanoescala ofrece ventajas sobre los dispositivos electrónicos inalámbricos tradicionales a nivel de sistema que dependen de un complejo ensamblaje de componentes voluminosos que no se pueden rediseñar después de la fabricación".
El profesor Kim afirmó:"El papel bioelectrónico, en principio, puede adaptarse simplemente a escalas de órganos de varias decenas de centímetros o miniaturizarse a escalas submicrométricas para operaciones mínimamente invasivas, ya que la magnetoelectricidad o microestructura no depende de su escala. /P>
"En general, nuestro artículo bioelectrónico, con una aplicabilidad sencilla y amplia, podría abrir un nuevo camino hacia implantes bioelectrónicos inalámbricos biodegradables y mínimamente invasivos".
Más información: Jun Kyu Choe et al, Papel magnetoeléctrico inalámbrico, flexible y biodegradable para una personalización sencilla in situ de implantes bioeléctricos, Materiales avanzados (2024). DOI:10.1002/adma.202311154
Información de la revista: Materiales avanzados
Proporcionado por el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan
