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Ahora, los investigadores del MIT han encontrado una manera de adherir geles de polímeros conductores a superficies húmedas.
El nuevo método adhesivo se describe hoy en la revisión. Avances científicos en un artículo de Hyunwoo Yuk, estudiante de doctorado del MIT, ex investigador invitado Akihisa Inoue, compañero 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, dice Zhao. Estos son muy buenos conductores eléctricos que son duraderos en el 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 y estirarse cuando el cuerpo se mueve, pueden dañar tejidos delicados.
Los polímeros conductores como PEDOT: PSS, por otro lado, pueden corresponder muy estrechamente a la suavidad y flexibilidad de los tejidos corporales vulnerables. La parte difícil fue conseguir que permanecieran conectados a los dispositivos biomédicos a los que están conectados. Los investigadores han luchado durante años para hacer que estos polímeros sean duraderos en ambientes húmedos y en constante movimiento del cuerpo.
"Miles de artículos han hablado sobre los beneficios de estos materiales", dice Yuk, pero las compañías que fabrican dispositivos biomédicos "simplemente no los usan" porque necesitan materiales extremadamente confiables y estables. La falla del material puede requerir 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 confiabilidad y estabilidad durante un período de varios años", que no fue el caso con los sustitutos de polímeros hasta presente, dijo.
La mayoría de los esfuerzos para resolver este problema han sido hacer modificaciones significativas a los materiales poliméricos para mejorar su durabilidad y su capacidad de adhesión, pero Yuk dice que 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 afectarían a un mercado que es relativamente pequeño en términos económicos, aunque importante en términos de impacto potencial. Otros enfoques que se han probado se limitan a materiales específicos. En cambio, el equipo del MIT se enfocó en hacer la menor cantidad de cambios posible, asegurando la compatibilidad con los métodos de producción existentes y haciendo que el método sea aplicable a una amplia variedad de materiales.
Su método implica una capa adhesiva extremadamente delgada entre el hidrogel de polímero conductor y el material del sustrato. Aunque solo tiene unos pocos nanómetros de grosor (mil millonésimas de metro), esta capa es efectiva para adherir geles a una amplia variedad de materiales de sustrato de uso común, como vidrio, poliimida, indio estaño óxido y oro. La capa adhesiva penetra en el polímero mismo, produciendo una estructura protectora fuerte y 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, que incluyen recubrimiento por rotación, recubrimiento por pulverización y recubrimiento por inmersión, lo que facilita su integración plataformas de fabricación existentes. El recubrimiento utilizado por los investigadores en sus pruebas es poliuretano, un material hidrofílico (que atrae el agua) que está fácilmente disponible y es económico, aunque también se pueden usar otros polímeros similares. Estos materiales "se vuelven muy sólidos cuando forman redes interpenetrantes", como lo hacen cuando se aplican al polímero conductor, dice Yuk. Esta mayor resistencia debería resolver los problemas de durabilidad asociados con el polímero no recubierto, dice.
El resultado es un gel conductivo 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 a la flexión del material del sustrato. El polímero adhesivo se ha probado en el laboratorio en condiciones de envejecimiento acelerado utilizando ultrasonido, pero Yuk dice que para que la industria de dispositivos biomédicos acepte un material tan nuevo, requerirá pruebas. más largo y más riguroso para confirmar la estabilidad de estas fibras recubiertas en condiciones realistas durante largos períodos de tiempo.
"Estaríamos muy contentos de licenciar y difundir esta tecnología para probarla en situaciones realistas", dijo. El equipo comenzó a hablar con los fabricantes para ver "cómo podemos ayudarlos mejor a probar ese 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 conductivos que funcionan bien en condiciones húmedas son aún más raros. Son esenciales para las interfaces nerviosas y el registro de señales eléctricas del corazón o el cerebro. "
Bao dice que el trabajo "es un gran paso adelante en el campo de la bioelectrónica".
La investigación fue financiada por la National Science Foundation, JSR y Samsung.
