I ricercatori della Pritzker School of Molecular Engineering dell'Università di Chicago hanno sviluppato un idrogel con le capacità dei semiconduttori necessari per trasmettere informazioni tra tessuti viventi e macchine. Può essere utilizzato sia per dispositivi medici impiantabili che per applicazioni non chirurgiche. Fonte immagine: Pritzker School of Molecular Engineering presso l'Università di Chicago
Il materiale ideale per collegare i componenti elettronici e i tessuti viventi dovrebbe essere morbido, esteso e idrofilo, simile agli idrogel. I materiali a semiconduttore sono generalmente duri, fragili e non idrofili e non possono dissolversi in acqua come gli idrogel. Se i semiconduttori vengono utilizzati in dispositivi bioelettronici come pacemaker, biosensori e dispositivi di rilascio di farmaci, queste carenze costituiscono un enorme ostacolo.
Il nuovo materiale mostra un modulo a livello di tessuto fino a 81 kPa, una tra allungamento fino al 150%e una mobilità portante fino a 1,4 centimetri quadrati/volt-secondi. Ciò dimostra che questo materiale, che ha sia proprietà dei semiconduttori che le proprietà dell'idrogel, soddisfa tutti i requisiti per un'interfaccia bioelettronica ideale.
Poiché i dispositivi bioelettronici impiantabili sono in contatto diretto con i tessuti, devono essere in grado di deformarsi con i tessuti per formare un'interfaccia biologica altamente compatta.
Il metodo tradizionale per preparare gli idrogel è quello di dissolvere un materiale in acqua e quindi aggiungerlo per trasformare la soluzione in uno stato di gel. Tuttavia, i materiali a semiconduttore sono generalmente insolubili in acqua. A tal fine, il team ha sviluppato un processo di scambio di solventi. Invece di dissolvere il semiconduttore in acqua, viene sciolto in un solvente organico che è miscibile con acqua. Quindi, usano il semiconduttore disciolto e il precursore dell'idrogel per prepararlo.
Il prodotto iniziale è un gel organico. Il team quindi immerge l'intero sistema di materiale in acqua per sciogliere il solvente organico e consentire all'acqua di penetrarlo. Il materiale risultante può essere ampiamente utilizzato in una varietà di semiconduttori polimerici con diverse funzioni.
Vale la pena notare che rispetto agli idrogel tradizionali, questo nuovo materiale non solo migliora le funzioni biologiche, ma dimostra anche la capacità di superare i semplici idrogel o materiali a semiconduttore in molti aspetti, ottenendo effetti migliori completi.
Questa ricerca attualmente risolverà principalmente le sfide affrontate da dispositivi medici impiantabili come sensori biochimici e pacemaker, ma ha anche molte potenziali applicazioni non invasive, come una lettura più accurata dei dati della pelle e una migliore cura delle ferite. Il materiale ha proprietà meccaniche estremamente morbide e un alto contenuto di acqua, che sono simili al tessuto vivente. Allo stesso tempo, è anche poroso, il che significa che possono essere trasportati vari nutrienti e sostanze chimiche. Quando tutte queste proprietà sono combinate, il nuovo idrogel diventerà uno dei materiali più utili nell'ingegneria dei tessuti e nella consegna dei farmaci.
Questa ricerca si concentrerà attualmente sulla risoluzione delle sfide affrontate da dispositivi medici impiantabili come sensori biochimici e pacemaker, ma ha anche molte potenziali applicazioni non invasive, come una lettura più accurata dei dati della pelle e una migliore cura delle ferite. Il materiale ha proprietà meccaniche estremamente morbide e un alto contenuto di acqua, che sono simili al tessuto vivente. Allo stesso tempo, è anche poroso, il che significa che possono essere trasportati vari nutrienti e sostanze chimiche. Quando tutte queste proprietà sono combinate, il nuovo idrogel diventerà uno dei materiali più utili nell'ingegneria dei tessuti e nella consegna dei farmaci.