Un descubrimiento fortuito realizado por un equipo de la Universidad Rice, la Universidad de Cambridge y la Universidad de Stanford ha mejorado la estabilidad de PEDOT:PSS, un material bioelectrónico vital utilizado en implantes médicos, informática y biosensores, revolucionando potencialmente estos campos.
Un descubrimiento fortuito ha llevado a científicos de la Universidad Rice, la Universidad de Cambridge y la Universidad de Stanford a simplificar la producción de PEDOT:PSS, un material compuesto crucial para la investigación médica, la informática y los dispositivos bioelectrónicos.
Durante más de 20 años, los científicos han confiado en un reticulante químico para estabilizar PEDOT:PSS, una mezcla de dos polímeros, lo que lo hace adecuado para aplicaciones avanzadas.
Sin embargo, Siddharth Doshi, estudiante de doctorado de Stanford y coautor del estudio, descubrió que omitir el reticulante y utilizar en su lugar temperaturas más altas producía un material estable inesperadamente.
“Fue más bien un descubrimiento fortuito, ya que Siddharth estaba probando procesos muy diferentes a la receta estándar, pero aun así las muestras resultaron bien”, declaró en un comunicado de prensa el coautor Scott Keene, científico de materiales de la Universidad Rice. “Pensamos: '¡Un momento! ¿En serio?'. Esto nos impulsó a investigar por qué y cómo funcionaba”.
Los investigadores descubrieron que calentar PEDOT:PSS por encima de su umbral habitual lo estabilizó sin el agente reticulante y mejoró su calidad. Este avance podría simplificar la fabricación de implantes neuronales, biosensores y sistemas informáticos de última generación, mejorando la fiabilidad y la eficiencia.
PEDOT:PSS conduce cargas electrónicas e iónicas, una característica que cierra la brecha entre el tejido biológico y los dispositivos tecnológicos.
“Permite básicamente hablar el lenguaje del cerebro”, añadió Keene, destacando su importancia para la neurotecnología.
La eliminación del reticulante no solo optimiza el proceso de fabricación, sino que también mejora el rendimiento. El nuevo método produce un material con una conductividad eléctrica tres veces mayor y una mayor estabilidad, lo cual es vital para aplicaciones médicas donde la consistencia es crucial.
El reticulante utilizado anteriormente creó una malla interconectada, dejando expuestas algunas hebras hidrosolubles, lo que causó problemas de estabilidad y posible toxicidad. Por el contrario, las temperaturas más altas reorganizan el polímero internamente, mejorando la estabilidad sin sustancias químicas dañinas.
“Este método simplifica bastante muchos de los problemas que se presentan al trabajar con PEDOT:PSS”, añadió Keene. “Además, elimina esencialmente una sustancia química potencialmente tóxica”.
Margaux Forner, estudiante de doctorado en Cambridge y coautora principal del estudio, destacó la mejora en la fabricación y confiabilidad de dispositivos tratados térmicamente, como transistores y estimuladores de la médula espinal.
“Los dispositivos fabricados con PEDOT:PSS tratado térmicamente demostraron ser robustos en experimentos in vivo crónicos, manteniendo la estabilidad durante más de 20 días después de la implantación”, afirmó Forner en el comunicado de prensa.
El método también mantuvo un excelente rendimiento eléctrico cuando se estiró el material, lo que demuestra el potencial para dispositivos bioelectrónicos duraderos.
La investigación también puede aclarar problemas de estabilidad previos en implantes neuronales a largo plazo, mejorando potencialmente la neurotecnología para restaurar el movimiento después de lesiones de la médula espinal o mejorando las interfaces cerebro-dispositivo.
Además, el equipo ha desarrollado una forma de modelar PEDOT:PSS en estructuras 3D microscópicas mediante un láser de femtosegundos de alta precisión. Este avance podría mejorar la interacción de los dispositivos bioelectrónicos con las células, mejorando así su integración y longevidad.
"Estamos realmente entusiasmados con la capacidad de imprimir polímeros en 3D a microescala", añadió Doshi.
Esta capacidad podría transformar la fabricación de interfaces neuronales, promoviendo una mejor integración de los tejidos.
Keene también exploró el potencial del material en dispositivos de memoria neuromórfica, que emulan procesos de aprendizaje similares a los del cerebro. Esta investigación podría acelerar los avances en inteligencia artificial.
La investigación de la Universidad Rice, Cambridge y Stanford podría revolucionar el futuro de la bioelectrónica, haciéndola más segura y efectiva.
Fuente: Universidad de Rice