La bioelettronica è un campo di ricerca in cui convergono biologia ed elettronica. In medicina, ad esempio, la corrente elettrica esterna viene utilizzata per curare o monitorare le malattie del sistema nervoso e anche per monitorare i biomarcatori in situ. Per queste applicazioni vengono utilizzati dispositivi realizzati con materiali conduttivi.
Il polimero conduttivo più utilizzato finora nelle applicazioni energetiche e biomediche è il PEDOT drogato con PSS, noto come PEDOT:PSS. Nonostante le sue proprietà eccezionali, devono ancora essere sviluppati nuovi materiali conduttivi che possano migliorare alcuni dei suoi limiti, come la biocompatibilità.
Uno studio condotto dal gruppo Biomolecular Nanotechnology del CIC biomaGUNE propone un meccanismo per il doping del PEDOT utilizzando una robusta proteina ingegnerizzata (PEDOT:Proteina); il risultato è un materiale ibrido con conduttività ionica ed elettronica, che in alcuni casi è abbastanza simile a PEDOT:PSS. L'articolo è pubblicato sulla rivista Small .
"Questa è la prima volta che una proteina ingegnerizzata viene utilizzata come drogante per un polimero conduttivo; i droganti utilizzati finora limitano l'integrazione con cellule o tessuti e sono anche difficili da modulare", ha spiegato il professore di ricerca di Ikerbasque Aitziber L. Cortajarena, ricercatore capo del gruppo e direttore scientifico del CIC biomaGUNE.
Cortajarena ha sottolineato che poiché queste proteine ingegnerizzate sono biocompatibili, biodegradabili e sostenibili e offrono funzioni interessanti nei meccanismi cellulari, questa ricerca è riuscita a fare "un passo avanti nello sviluppo di una nuova famiglia di materiali che sono più biocompatibili, sostenibili e offrono un grado di integrazione biologica molto più elevato, grazie alla biocompatibilità delle proteine."
La possibilità di utilizzare "materiali conduttivi costituiti da proteine migliora chiaramente l'interfaccia e la biointegrazione tra il biomateriale conduttivo e il tessuto o le cellule in cui è posizionato questo materiale", ha aggiunto. Hanno inoltre ottimizzato con successo la generazione di inchiostri stampabili, grazie ai quali le loro proprietà di elettroattività rimangono dopo la stampa.
Questa nuova famiglia di materiali è di fondamentale importanza nello sviluppo di nuove applicazioni o nuovi usi in bioelettronica. "Permetteranno di avanzare verso limitazioni che attualmente non possono essere affrontate a causa della semplicità dei materiali disponibili", ha affermato Antonio Dominguez-Alfaro, ricercatore del CIC biomaGUNE.
È stato sottolineato che il numero di applicazioni è proporzionale alla fantasia di chi progetta questi materiali, ma ne sono state menzionate alcune potenziali. "Gli elettrodi potrebbero essere resi disponibili per impianti cerebrali che aiutano a controllare i tremori derivanti dal morbo di Parkinson o le convulsioni causate dall'epilessia. Potrebbero anche essere applicati agli elettrodi cutanei utilizzati in dispositivi indossabili, come gli orologi, che misurano i segni vitali come la frequenza cardiaca."
Inoltre, uno dei grandi vantaggi di questi materiali è che possono riconoscere biomolecole come, ad esempio, il glucosio; essi "potrebbero 'reagire' e misurarlo attraverso il sudore, il che è meno invasivo rispetto ai metodi attuali, per esempio." Infine, questi materiali potrebbero essere utilizzati in batterie più biocompatibili e accessibili al contatto con il corpo.
e-Prot, un progetto europeo per lo sviluppo di proteine conduttive ingegnerizzate
Questo studio è stato condotto nell'ambito del progetto e-Prot, parte del programma FET Open 2020 (Future and Emerging Technologies), e guidato dal professor Aitziber L. Cortajarena. Lo scopo principale del progetto è sviluppare una piattaforma tecnologica per sistemi bioelettronici basati sulle proteine e sulla loro capacità di condurre l'elettricità in modo efficiente.
Quindi, a partire dalla produzione di strutture e materiali conduttori a base proteica, ciò che viene offerto è un'alternativa alle tecnologie tradizionali utilizzate nell'industria elettronica.
Ulteriori informazioni: Antonio Dominguez‐Alfaro et al, Ingegneria delle proteine per le dispersioni PEDOT:un nuovo orizzonte per materiali conduttori biocompatibili ionico-elettronici altamente misti, Piccolo (2023). DOI:10.1002/piccolo.202307536
Fornito da CIC biomaGUNE
