Nye, mere biokompatible materialer til bioelektroniske applikationer

Bioelektronik er et forskningsfelt, hvor biologi og elektronik mødes. Inden for medicin bruges en ekstern elektrisk strøm til at helbrede eller overvåge sygdomme i nervesystemet og også til at overvåge biomarkører in situ. Enheder lavet af ledende materialer bruges til disse applikationer.

Den hidtil mest anvendte ledende polymer i energi- og biomedicinske applikationer er PEDOT dopet med PSS, kendt som PEDOT:PSS. På trods af dets exceptionelle egenskaber skal der stadig udvikles nye ledende materialer, der kan forbedre nogle af dets begrænsninger, såsom biokompatibilitet.

En undersøgelse udført af CIC biomaGUNE's Biomolecular Nanotechnology-gruppe foreslår en mekanisme til doping af PEDOT ved hjælp af et robust konstrueret protein (PEDOT:Protein); resultatet er et hybridmateriale med ionisk og elektronisk ledningsevne, som i nogle tilfælde er ret lig PEDOT:PSS. Artiklen er publiceret i tidsskriftet Small .

"Dette er første gang, at et konstrueret protein er blevet brugt som et dopingmiddel til en ledende polymer; de dopingmidler, der hidtil er blevet brugt begrænser integrationen med celler eller væv og er også vanskelige at modulere," forklarer Ikerbasque Research Professor Aitziber L. Cortajarena, gruppens ledende forsker og videnskabelige direktør for CIC biomaGUNE.

Cortajarena påpegede, at fordi disse konstruerede proteiner er biokompatible, bionedbrydelige og bæredygtige og tilbyder interessante funktioner i cellulære mekanismer, har denne forskning formået at tage "et skridt fremad i udviklingen af ​​en ny familie af materialer, der er mere biokompatible, bæredygtige og tilbyder en meget højere grad af biologisk integration på grund af proteinernes biokompatibilitet."

Muligheden for at bruge "ledende materialer, der omfatter proteiner, forbedrer klart grænsefladen og biointegrationen mellem det ledende biomateriale og vævet eller cellerne, hvor dette materiale er placeret," tilføjede hun. De har også med succes optimeret genereringen af ​​trykfarve, som et resultat af hvilket deres elektroaktivitetsegenskaber forbliver efter udskrivning.

Denne nye familie af materialer er afgørende vigtig i udviklingen af ​​nye applikationer eller nye anvendelser inden for bioelektronik. "De vil gøre det muligt at rykke frem mod begrænsninger, som i øjeblikket ikke kan håndteres på grund af de tilgængelige materialers enkelhed," sagde CIC biomaGUNE-forsker Antonio Dominguez-Alfaro.

Det blev påpeget, at antallet af ansøgninger er proportionalt med fantasien hos den person, der fremstiller disse materialer, men nogle få potentielle blev nævnt. "Elektroder kunne gøres tilgængelige til hjerneimplantater, der hjælper med at kontrollere rystelser som følge af Parkinsons sygdom eller anfald forårsaget af epilepsi. De kunne også anvendes på hudelektroder, der bruges i bærbare enheder, såsom ure, der måler vitale tegn såsom hjertefrekvens."

Hvad mere er, er en af ​​de store fordele ved disse materialer, at de kunne genkende biomolekyler som f.eks. glucose; de "ville være i stand til at 'reagere' på det og måle det gennem sved, hvilket for eksempel er mindre invasivt end nuværende metoder." Endelig kunne disse materialer bruges i batterier, der er mere biokompatible og tilgængelige for kontakt med kroppen.

• 
• 

e-Prot, et europæisk projekt til udvikling af konstruerede ledende proteiner

Denne undersøgelse er udført inden for rammerne af e-Prot-projektet, en del af FET Open 2020 (Future and Emerging Technologies) programmet, og ledet af professor Aitziber L. Cortajarena. Hovedformålet med projektet er at udvikle en teknologisk platform for bioelektroniksystemer baseret på proteiner og deres evne til at lede elektricitet effektivt.

Så begyndende med fremstillingen af ​​proteinbaserede ledende strukturer og materialer, er det, der tilbydes, et alternativ til traditionelle teknologier, der anvendes i elektronikindustrien.

Flere oplysninger: Antonio Dominguez-Alfaro et al., Engineering Proteins for PEDOT Dispersions:A New Horizon for Highly Mixed Ionic-Electronic Biocompatible Conducting Materials, Small (2023). DOI:10.1002/sml.202307536

Leveret af CIC biomaGUNE