Questi materiali innovativi sono realizzati con materiali funzionali su scala nanometrica e quindi possono essere ulteriormente personalizzati utilizzando metodi semplici, come arrotolare, tagliare, piegare verso l'interno e verso l'esterno senza perdere funzionalità.

Il team di ricerca prevede che questi risultati, con una flessibilità di progettazione senza precedenti, possano gettare le basi per la personalizzazione a basso costo, semplice e rapida di impianti bioelettronici temporanei per terapie di stimolazione wireless minimamente invasive.

Il lavoro è pubblicato sulla rivista Advanced Materials .

I dispositivi di stimolazione elettrica impiantati sono fondamentali per promuovere l’attività neuronale e la rigenerazione dei tessuti attraverso la stimolazione elettrica. Pertanto, questi dispositivi sono essenziali per il trattamento di varie malattie neurodegenerative, come il morbo di Parkinson e il morbo di Alzheimer.

Tuttavia, la maggior parte degli impianti bioelettronici all'avanguardia richiedono componenti elettronici rigidi e ingombranti che sono meccanicamente incompatibili con la delicata struttura dei nervi e di altri tessuti, rendendo difficile la loro libera trasformazione in varie dimensioni e forme in tempo reale.

Inoltre, la necessità di collegamenti via cavo, sostituzione della batteria e interventi chirurgici di rimozione post-trattamento può aumentare il rischio di infezione e rendere complessi i trattamenti clinici.

In questo studio, il gruppo di ricerca ha sviluppato con successo una carta bioelettronica flessibile, biomimetica, leggera e biodegradabile che può essere tagliata e adattata dopo la fabbricazione mantenendo le funzionalità, consentendo la produzione semplice e rapida di impianti bioelettronici di varie dimensioni, forme e micro - e macrostrutture.

Innanzitutto, hanno sintetizzato nanoparticelle magnetoelettriche (MEN) che facilitano la stimolazione elettrica in risposta a un campo magnetico esterno. Le nanoparticelle sintetizzate assumono la forma di una struttura "Core@Shell" che accoppia un nucleo magnetostrittivo che trasduce il campo magnetico in deformazione locale e un guscio piezoelettrico che trasduce la deformazione in campo elettrico.

Integrando i MEN nelle nanofibre biodegradabili (NF) elettrofilate, il team ha prodotto un elettrostimolatore wireless simile alla carta, biodegradabile, poroso. Esperimenti in vitro hanno ulteriormente dimostrato la capacità del materiale di fornire elettrostimolazione wireless e promuovere contemporaneamente l'attività neuronale.

"Il materiale sviluppato offre opzioni di trattamento personalizzate su misura per le esigenze e le caratteristiche fisiche individuali, semplificando i processi di trattamento, migliorando la flessibilità e la versatilità nelle applicazioni cliniche basate sulla stimolazione elettrica", afferma il ricercatore post-dottorato e primo autore Jun Kyu Choe.

Il materiale fabbricato è flessibile e leggero come la carta. Può essere strettamente attaccato lungo superfici complesse, come la superficie curva dei modelli del cervello umano. In particolare, può anche essere tagliato in forme e scale arbitrarie, pur mantenendo la sua funzione.

Inoltre, ha mostrato una flessibilità eccezionale, sufficiente per produrre un condotto nervoso cilindrico per rigenerare i nervi, con un raggio di curvatura dimostrato di 400 µm.

Secondo il gruppo di ricerca, "Questo lavoro presenta una strategia promettente per lo sviluppo di impianti bioelettronici wireless flessibili e biodegradabili che possono essere semplicemente personalizzati per varie circostanze cliniche e fisiche.

"La combinazione di materiali fibrosi magnetoelettrici su scala nanometrica e biodegradabili offre vantaggi rispetto ai tradizionali dispositivi elettronici wireless a livello di sistema che si basano su un intricato assemblaggio di componenti ingombranti che non possono essere riprogettati dopo la fabbricazione."

Il professor Kim ha dichiarato:"La carta bioelettronica, in linea di principio, può essere semplicemente personalizzata su scale di organi di diverse decine di centimetri o miniaturizzata su scale submicrometriche per operazioni minimamente invasive, poiché la magnetoelettricità o la microstruttura non dipendono dalla sua scala.

"Nel complesso, il nostro documento bioelettronico, di facile e ampia applicabilità, potrebbe aprire un nuovo schema verso impianti bioelettronici wireless minimamente invasivi e biodegradabili."

Ulteriori informazioni: Jun Kyu Choe et al, Carta magnetoelettrica flessibile, biodegradabile e wireless per una semplice personalizzazione in situ di impianti bioelettrici, Materiali avanzati (2024). DOI:10.1002/adma.202311154

Informazioni sul giornale: Materiali avanzati

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