I polimeri che sono buoni conduttori di elettricità potrebbero essere utili nei dispositivi biomedici, per aiutare con il rilevamento o l'elettrostimolazione, Per esempio. Ma c'è stato un punto critico che ha impedito il loro uso diffuso:la loro incapacità di aderire a una superficie come un sensore o un microchip, e rimani fermo nonostante l'umidità del corpo.

Ora, i ricercatori del MIT hanno escogitato un modo per far aderire i gel polimerici conduttivi alle superfici bagnate.

Il nuovo metodo adesivo è descritto nella rivista Progressi scientifici in un articolo dello studente di dottorato del MIT Hyunwoo Yuk, l'ex studiosa in visita Akihisa Inoue, postdottorato Baoyang Lu, e professore di ingegneria meccanica Xuanhe Zhao.

La maggior parte degli elettrodi utilizzati per i dispositivi biomedici sono realizzati in platino o leghe di platino-iridio, Zhao spiega. Questi sono ottimi conduttori elettrici che sono durevoli all'interno dell'ambiente umido del corpo, e chimicamente stabili in modo che non interagiscano con i tessuti circostanti. Ma la loro rigidità è un grosso svantaggio. Perché non possono flettersi e allungarsi mentre il corpo si muove, possono danneggiare i tessuti delicati.

Polimeri conduttivi come PEDOT:PSS, al contrario, può corrispondere molto da vicino alla morbidezza e alla flessibilità dei tessuti vulnerabili del corpo. La parte difficile è stata farli rimanere attaccati ai dispositivi biomedici a cui sono collegati. I ricercatori hanno lottato per anni per rendere questi polimeri durevoli negli ambienti umidi e sempre in movimento del corpo.

"Ci sono stati migliaia di articoli che hanno parlato dei vantaggi di questi materiali, "Yuk dice, ma le aziende che producono dispositivi biomedici "semplicemente non li usano, " perché hanno bisogno di materiali estremamente affidabili e stabili. Un guasto del materiale potrebbe richiedere una procedura chirurgica invasiva per sostituirlo, che comporta un rischio aggiuntivo per il paziente.

Gli elettrodi metallici rigidi "a volte danneggiano i tessuti, ma funzionano bene in termini di affidabilità e stabilità negli anni, " che non è stato il caso fino ad ora con i sostituti dei polimeri, lui dice.

La maggior parte degli sforzi per affrontare questo problema ha comportato modifiche significative ai materiali polimerici per migliorarne la durata e la capacità di adesione, ma Yuk afferma che questo crea problemi di per sé:le aziende hanno già investito molto in attrezzature per produrre questi polimeri, e importanti modifiche alla formulazione richiederebbero investimenti significativi in ​​nuove attrezzature di produzione. Questi cambiamenti sarebbero per un mercato che è relativamente piccolo in termini economici, anche se di grande impatto potenziale. Altri approcci che sono stati provati sono limitati a materiali specifici. Anziché, il team del MIT si è concentrato sul rendere il minor numero possibile di modifiche, per garantire la compatibilità con i metodi di produzione esistenti, e rendere il metodo applicabile a un'ampia varietà di materiali.

Il loro metodo prevede uno strato adesivo estremamente sottile tra l'idrogel polimerico conduttivo e il materiale del substrato. Sebbene solo pochi nanometri di spessore (miliardesimi di metro), questo strato risulta essere efficace nel far aderire i gel a un'ampia varietà di materiali di substrato comunemente usati, compreso il vetro, poliimmide, ossido di indio e stagno, e oro. Lo strato adesivo penetra nel polimero stesso, producendo un duro, struttura protettiva durevole che mantiene il materiale in posizione anche se esposto per lunghi periodi a un ambiente umido.

Lo strato adesivo può essere applicato ai dispositivi mediante una varietà di processi di produzione standard, compreso rivestimento di rotazione, rivestimento a spruzzo, e rivestimento ad immersione, semplificando l'integrazione con le piattaforme di fabbricazione esistenti. Il rivestimento utilizzato dai ricercatori nei loro test è in poliuretano, un materiale idrofilo (che attira l'acqua) facilmente disponibile e poco costoso, sebbene si possano usare anche altri polimeri simili. Tali materiali "diventano molto resistenti quando formano reti compenetranti, " come fanno quando sono rivestiti sul polimero conduttore, Yuk spiega. Questa maggiore resistenza dovrebbe affrontare i problemi di durabilità associati al polimero non rivestito, lui dice.

Il risultato è un gel meccanicamente forte e conduttivo che si lega saldamente alla superficie a cui è attaccato. "È un processo molto semplice, "Yuk dice.

L'incollaggio risulta essere altamente resistente alla flessione, torsione, e persino piegatura del materiale di supporto. Il polimero adesivo è stato testato in laboratorio in condizioni di invecchiamento accelerato mediante ultrasuoni, ma Yuk afferma che per l'industria dei dispositivi biomedici l'accettazione di un materiale così nuovo richiederà più tempo, test più rigorosi per confermare la stabilità di queste fibre rivestite in condizioni realistiche per lunghi periodi di tempo.

"Saremmo molto felici di concedere in licenza e mettere a disposizione questa tecnologia per testarla ulteriormente in situazioni realistiche, " dice. Il team ha iniziato a parlare con i produttori per vedere "come possiamo aiutarli al meglio a testare questa conoscenza, " lui dice.

"Penso che questo sia un ottimo lavoro, "dice Zhenan Bao, professore di ingegneria chimica alla Stanford University, che non era associato a questa ricerca. "Gli adesivi bagnati sono già una grande sfida. Gli adesivi conduttivi che funzionano bene in condizioni di bagnato sono ancora più rari. Sono molto necessari per le interfacce nervose e per la registrazione di segnali elettrici dal cuore o dal cervello".

Bao afferma che questo lavoro "è un importante progresso nel campo della bioelettronica".