Sebbene veri "cyborg" - in parte umani, in parte esseri robotici:sono fantascienza, i ricercatori stanno compiendo passi verso l'integrazione dell'elettronica con il corpo. Tali dispositivi potrebbero monitorare lo sviluppo del tumore o sostituire i tessuti danneggiati. Ma collegare l'elettronica direttamente ai tessuti umani del corpo è una sfida enorme. Ora, un team sta segnalando nuovi rivestimenti per componenti che potrebbero aiutarli a inserirsi più facilmente in questo ambiente.

I ricercatori presenteranno oggi i loro risultati all'American Chemical Society (ACS) Fall 2020 Virtual Meeting &Expo.

"Ci è venuta l'idea per questo progetto perché stavamo cercando di interfacciarci in modo rigido, microelettrodi inorganici con il cervello, ma i cervelli sono fatti di organico, salato, materiali vivi, "dice David Martin, dottorato di ricerca, che ha condotto lo studio. "Non funzionava bene, quindi abbiamo pensato che ci dovesse essere un modo migliore".

Materiali microelettronici tradizionali, come il silicio, oro, acciaio inossidabile e iridio, causare cicatrici quando impiantato. Per applicazioni nel tessuto muscolare o cerebrale, i segnali elettrici devono fluire affinché funzionino correttamente, ma le cicatrici interrompono questa attività. I ricercatori hanno pensato che un rivestimento potesse aiutare.

"Abbiamo iniziato a esaminare materiali elettronici organici come polimeri coniugati che venivano utilizzati in dispositivi non biologici, "dice Martino, che è all'Università del Delaware. "Abbiamo trovato un esempio chimicamente stabile che è stato venduto commercialmente come rivestimento antistatico per display elettronici". Dopo il test, i ricercatori hanno scoperto che il polimero aveva le proprietà necessarie per interfacciare hardware e tessuto umano.

"Questi polimeri coniugati sono elettricamente attivi, ma sono anche ionicamente attivi, " dice Martin. "I controioni danno loro la carica di cui hanno bisogno, quindi quando sono in funzione, sia gli elettroni che gli ioni si muovono." Il polimero, noto come poli(3, 4-etilendiossitiofene) o PEDOT, ha notevolmente migliorato le prestazioni degli impianti medici abbassandone l'impedenza di due o tre ordini di grandezza, aumentando così la qualità del segnale e la durata della batteria nei pazienti.

Da allora Martin ha deciso come specializzare il polimero, mettendo diversi gruppi funzionali su PEDOT. Aggiungendo un acido carbossilico, il sostituente aldeidico o maleimmidico del monomero etilendiossitiofene (EDOT) offre ai ricercatori la versatilità necessaria per creare polimeri con una varietà di funzioni.

"La maleimmide è particolarmente potente perché possiamo fare sostituzioni chimiche con clic per produrre polimeri e biopolimeri funzionalizzati, " dice Martin. Mescolando il monomero non sostituito con la versione sostituita con maleimmide si ottiene un materiale con molte posizioni in cui il team può attaccare i peptidi, anticorpi o DNA. "Nomina la tua biomolecola preferita, e in linea di principio puoi realizzare un film PEDOT che abbia qualsiasi gruppo biofunzionale a cui potresti essere interessato, " lui dice.

Più recentemente, Il gruppo di Martin ha creato un film PEDOT con attaccato un anticorpo per il fattore di crescita dell'endotelio vascolare (VEGF). VEGF stimola la crescita dei vasi sanguigni dopo l'infortunio, e i tumori dirottano questa proteina per aumentare il loro apporto di sangue. Il polimero sviluppato dal team potrebbe fungere da sensore per rilevare la sovraespressione di VEGF e quindi le prime fasi della malattia, tra le altre potenziali applicazioni.

Altri polimeri funzionalizzati hanno neurotrasmettitori su di essi, e questi film potrebbero aiutare a rilevare o curare i disturbi del cervello o del sistema nervoso. Finora, il team ha realizzato un polimero con dopamina, che svolge un ruolo nei comportamenti di dipendenza, così come varianti funzionalizzate con dopamina del monomero EDOT. Martin dice che questi materiali ibridi biologico-sintetici potrebbero un giorno essere utili per fondere l'intelligenza artificiale con il cervello umano.

In definitiva, Martino dice, il suo sogno è quello di poter adattare come questi materiali si depositano su una superficie e poi inserirli nei tessuti di un organismo vivente. "La capacità di fare la polimerizzazione in modo controllato all'interno di un organismo vivente sarebbe affascinante".