I microelettrodi possono essere utilizzati per la misurazione diretta dei segnali elettrici nel cervello o nel cuore. Queste applicazioni richiedono materiali morbidi, però. Con i metodi esistenti, il collegamento di elettrodi a tali materiali pone sfide significative. Un team dell'Università tecnica di Monaco (TUM) è ora riuscito a stampare elettrodi direttamente su diversi substrati morbidi.

I ricercatori di TUM e Forschungszentrum Jülich si sono uniti con successo per eseguire la stampa a getto d'inchiostro su un orsetto gommoso. Questo potrebbe inizialmente sembrare un gioco di scienziati, ma indica la strada per grandi cambiamenti nella diagnostica medica. Per una cosa, non era un'immagine o un logo che il team del Prof. Bernhard Wolfrum ha depositato sulla caramella gommosa, ma piuttosto un array di microelettrodi. Questi componenti, composto da un gran numero di elettrodi, può rilevare le variazioni di voltaggio derivanti dall'attività nei neuroni o nelle cellule muscolari, Per esempio.

Secondo, gli orsetti gommosi sono morbidi, che è importante quando si utilizzano array di microelettrodi nelle cellule viventi. Gli array di microelettrodi sono in circolazione da molto tempo. Nella loro forma originale, erano costituiti da materiali duri come il silicio. Ciò si traduce in diversi svantaggi quando entrano in contatto con cellule viventi. In laboratorio, la loro durezza influenza la forma e l'organizzazione delle cellule, Per esempio. E dentro il corpo, i materiali duri possono innescare l'infiammazione o la perdita delle funzionalità degli organi.

Quando gli array di elettrodi vengono posizionati direttamente su materiali morbidi, questi problemi vengono evitati. Ciò ha innescato un'intensa ricerca su tali soluzioni. Fino ad ora, la maggior parte delle iniziative ha utilizzato metodi tradizionali che richiedono molto tempo e richiedono l'accesso a costosi laboratori specializzati. "Se invece stampi gli elettrodi, puoi produrre un prototipo in modo relativamente rapido ed economico. Lo stesso vale se devi rielaborarlo, "dice Bernhard Wolfrum, Professore di Neuroelettronica presso TUM. "La prototipazione rapida di questo tipo ci consente di lavorare in modi completamente nuovi".

Wolfrum e il suo team lavorano con una versione high-tech di una stampante a getto d'inchiostro. Gli elettrodi stessi sono stampati con inchiostro a base di carbonio. Per evitare che i sensori raccolgano segnali vaganti, uno strato protettivo neutro viene poi aggiunto ai percorsi in carbonio.

I ricercatori hanno testato il processo su vari substrati, compreso il polidimetilsilossano (PDMS), una forma morbida di silicio; agarosio, una sostanza comunemente usata negli esperimenti di biologia; e infine, varie forme di gelatina, compreso un orsetto gommoso che è stato prima fuso e poi lasciato indurire. Ciascuno di questi materiali ha proprietà adatte a determinate applicazioni. Per esempio, gli impianti rivestiti di gelatina possono ridurre le reazioni indesiderate nei tessuti viventi.

Attraverso esperimenti con colture cellulari, il team è stato in grado di confermare che i sensori forniscono misurazioni affidabili. Con una larghezza media di 30 micrometri, consentono anche misurazioni su una singola cella o solo su poche celle. Questo è difficile da ottenere con i metodi di stampa consolidati.

"La difficoltà sta nel mettere a punto tutti i componenti, sia la configurazione tecnica della stampante che la composizione dell'inchiostro, "dice Nouran Adly, il primo autore dello studio. "Nel caso del PDMS, Per esempio, abbiamo dovuto utilizzare un pretrattamento che abbiamo sviluppato solo per far aderire l'inchiostro alla superficie."

Le matrici di microelettrodi stampate su materiali morbidi potrebbero essere utilizzate in molte aree diverse. Sono adatti non solo per la prototipazione rapida nella ricerca, ma potrebbe anche cambiare il modo in cui i pazienti vengono trattati. "Nel futuro, strutture molli simili potrebbero essere utilizzate per monitorare le funzioni nervose o cardiache nel corpo, Per esempio, o addirittura fungere da pacemaker, " afferma il Prof. Wolfrum. Attualmente sta lavorando con il suo team per stampare array di microelettrodi tridimensionali più complessi. Stanno anche studiando sensori stampabili che reagiscono selettivamente alle sostanze chimiche, e non solo alle fluttuazioni di tensione.