Cómo adherir geles conductores cuando está mojado | Noticias del MIT



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 hubo un problema que impidió su uso generalizado: su incapacidad para adherirse a una superficie como un sensor o microchip y permanecer en su lugar a pesar de la humedad corporal.

Ahora, los investigadores del MIT han desarrollado una forma de adherir geles de polímeros conductores a superficies húmedas.

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

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

Los polímeros conductores como PEDOT: PSS, por otro lado, pueden igualar la suavidad y flexibilidad de los tejidos corporales vulnerables muy de cerca. Lo más complicado fue lograr que permanezcan conectados a los dispositivos biomédicos a los que están conectados. Los investigadores han luchado durante años para hacer que estos polímeros sean duraderos en entornos corporales húmedos y siempre en movimiento.

"Ha habido miles de artículos que hablan sobre los beneficios de estos materiales", dice Yuk, pero las empresas que fabrican dispositivos biomédicos "simplemente no los usan" porque necesitan materiales extremadamente confiables y estable. La falla del material podría requerir una cirugía invasiva para reemplazarlo, lo que representa un riesgo adicional para el paciente.

Los electrodos de metal rígido "a veces dañan el tejido, pero funcionan bien en términos de fiabilidad y estabilidad durante un período de varios años", lo que no era el caso de los sustitutos de polímeros hasta ahora. presente, dijo.

La mayor parte del esfuerzo para solucionar esto ha implicado realizar modificaciones significativas a los materiales poliméricos para mejorar su durabilidad y capacidad de adherencia, pero Yuk dice que esto crea sus propios problemas: las empresas ya han invertido mucho en él. 39; equipo para fabricar estos polímeros, y cambios importantes en la formulación requerirían una inversión significativa en nuevos equipos de producción. Estos cambios afectarían a un mercado relativamente pequeño en términos económicos, aunque su impacto potencial es significativo. Otros enfoques que se han probado se limitan a materiales específicos. En cambio, el equipo del MIT se centró en la menor cantidad posible de cambios para garantizar la compatibilidad con los métodos de producción existentes y hacer que el método sea aplicable a una amplia variedad de materiales.

Su proceso implica una capa adhesiva extremadamente fina entre el hidrogel de polímero conductor y el material del sustrato. Aunque solo tiene un grosor de unos pocos nanómetros (mil millonésimas de metro), esta capa es eficaz para adherir geles a cualquiera de los muchos materiales de sustrato de uso común, incluidos vidrio, poliimida , óxido de indio y estaño y oro. La capa adhesiva penetra en el propio polímero, produciendo una estructura protectora fuerte y duradera que mantiene el material en su lugar incluso cuando se expone durante largos períodos de tiempo a un ambiente húmedo.

La capa adhesiva se puede aplicar a los dispositivos mediante una variedad de procesos de fabricación estándar que incluyen recubrimiento por rotación, recubrimiento por pulverización y recubrimiento por inmersión, lo que facilita su integración con las plataformas de fabricación existentes. . El recubrimiento que los investigadores utilizaron en sus pruebas está hecho de poliuretano, un material hidrófilo (que atrae el agua) que está fácilmente disponible y es económico, aunque también se pueden utilizar otros polímeros similares. Estos materiales "se vuelven muy fuertes cuando forman redes interpenetrantes", como lo hacen cuando se aplican al polímero conductor, explica Yuk. Esta mayor resistencia debería resolver los problemas de durabilidad asociados con el polímero sin recubrimiento, 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.

Se encuentra que la unión es muy resistente a la flexión, torsión e incluso flexión del material del sustrato. El polímero adhesivo ha sido probado en laboratorio en condiciones de envejecimiento acelerado utilizando ultrasonido, pero Yuk dice que para que la industria de dispositivos biomédicos acepte un material tan nuevo, será necesario realizar pruebas. más largo y más riguroso para confirmar la estabilidad de estas fibras recubiertas en condiciones realistas. largos periodos de tiempo.

“Estaríamos muy contentos de obtener la licencia y llevar esta tecnología al mercado para realizar más pruebas en situaciones realistas”, dice. El equipo ha comenzado a hablar con los fabricantes para ver "cómo podemos ayudarlos mejor a probar este conocimiento", dice.

"Creo que 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 esenciales 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".

La investigación fue apoyada por la National Science Foundation, JSR Company y Samsung.

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