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Apr 21, 2023

El ingeniero

Investigadores en Corea del Sur han desarrollado a base de grafeno

Investigadores en Corea del Sur han desarrollado hidrogeles conductores a base de grafeno que poseen inyectabilidad y degradabilidad sintonizable, un avance que afirma promover el diseño y desarrollo de bioelectrodos implantables avanzados.

Los bioelectrodos implantables son dispositivos electrónicos que pueden monitorear o estimular la actividad biológica mediante la transmisión de señales hacia y desde los sistemas biológicos vivos. Dichos dispositivos se pueden fabricar utilizando varios materiales y técnicas, y la selección del material adecuado para el rendimiento y la biocompatibilidad es crucial. Hasta la fecha, los bioelectrodos convencionales basados ​​en metales se asocian con incisiones dolorosas, inflamación de los tejidos, transducción de señales ineficiente y estabilidad descontrolada en los sistemas biológicos vivos.

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Los hidrogeles conductivos han ganado terreno debido a su flexibilidad, compatibilidad y excelente capacidad de interacción, pero la ausencia de inyectabilidad y degradabilidad ha limitado su comodidad de uso y rendimiento en sistemas biológicos.

Ahora, un equipo dirigido por el profesor Jae Young Lee del Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju (GIST) ha desarrollado hidrogeles conductores (ICH) inyectables a base de grafeno que superan estos desafíos. Los hallazgos del equipo se detallan en Small.

En un comunicado, el profesor Lee dijo: "Los electrodos implantables tradicionales con frecuencia causan varios problemas, como una gran incisión para la implantación y una estabilidad incontrolada en el cuerpo. En contraste, los materiales de hidrogel conductivo permiten una administración y un control mínimamente invasivos sobre la vida útil in vivo funcional del bioelectrodo y son por lo tanto muy deseados".

Para sintetizar los ICH, los investigadores utilizaron óxido de grafeno reducido funcionalizado con tiol (F-rGO) como componente conductor debido a su gran área de superficie y propiedades eléctricas y mecánicas deseables. Seleccionaron polietilenglicol funcionalizado con dimaleimida (PEG-2Mal) y diacrilato (PEG-2Ac) como prepolímeros para facilitar el desarrollo de ICH que son estables e hidrolizables, respectivamente. Estos prepolímeros luego se sometieron a reacciones de tiol-eno con poli(etilenglicol)-tetratiol (PEG-4SH) y F-rGO.

Según GIST, los ICH elaborados con PEG-2Ac fueron degradables (DICH), mientras que aquellos con PEG-2Mal fueron estables (SICH). Los investigadores descubrieron que los nuevos ICH superaron a los existentes al unirse bien a los tejidos y registrar las señales más altas. En condiciones in vitro, SICH no se degradó durante un mes, mientras que DICH mostró una degradación gradual a partir del día tres.

Cuando se implantó en la piel del ratón, DICH desapareció después de tres días de administración, mientras que SICH mantuvo su forma hasta siete días. Además de la degradabilidad controlada, ambos ICH eran compatibles con la piel.

Además, el equipo evaluó la capacidad de los ICH para registrar señales electromiográficas in vivo en músculos y piel de rata. Se dice que tanto SICH como DICH registraron señales de alta calidad y superaron el rendimiento de los electrodos metálicos tradicionales.

Las grabaciones SICH se pudieron monitorear hasta tres semanas, mientras que las señales DICH se perdieron por completo después de cinco días. Estos hallazgos sugieren la aplicabilidad de los electrodos SICH para el control de la señal a largo plazo y la de DICH para uso temporal que no requiera extracción quirúrgica.

"Los novedosos electrodos ICH basados ​​en grafeno que desarrollamos incorporan características como alta sensibilidad de señal, simplicidad de uso, invasividad mínima y degradabilidad ajustable", dijo el profesor Lee. "En conjunto, estas propiedades pueden ayudar en el desarrollo de bioelectrónica avanzada y bioelectrodos implantables funcionales para una variedad de condiciones médicas, como enfermedades neuromusculares y trastornos neurológicos".