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Jul 27, 2023

El transistor puede adherirse a los órganos internos como una cinta.

Por Sarah CP Williams 16 de agosto de 2023 Pegar un sensor implantable a la superficie de un corazón que late generalmente requiere suturar alrededor de la periferia del sensor o grandes cantidades de adhesivo en capas

Por Sarah CP Williams

16 de agosto de 2023

Pegar un sensor implantable a la superficie de un corazón que late generalmente requiere suturar alrededor de la periferia del sensor o grandes cantidades de adhesivo colocado entre el sensor y el corazón. En ambos casos, un sensor de este tipo rara vez tiene un contacto estrecho e ininterrumpido con el tejido cardíaco, lo que limita los datos que los médicos pueden recopilar sobre la función cardíaca de un paciente.

Para resolver este desafío, investigadores de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago han diseñado un nuevo semiconductor adhesivo que puede adherirse firmemente a las superficies húmedas y flexibles de los tejidos vivos, incluido el corazón. El semiconductor, descrito en la revista Science, permite propiedades adhesivas a los tejidos para biosensores basados ​​en transistores.

"Este es el primer semiconductor y transistor que tiene bioadhesión como propiedad intrínseca; no se necesitan puntos, grapas o pegamento que invadan los órganos para pegarlo a un tejido", dijo Sihong Wang, profesor asistente de Pritzker Molecular Engineering, quien dirigió la investigación. "Esto abrirá todo tipo de nuevas posibilidades para la biodetección". Wang también ocupa un cargo conjunto en el Laboratorio Nacional Argonne.

El laboratorio de Wang en PME se centra en el desarrollo de nuevos materiales para respaldar un conjunto completo de dispositivos que interactúan con el cuerpo humano para el control de la salud. Algunas de sus investigaciones anteriores han dado como resultado chips de computadora flexibles y estirables que pueden analizar datos de salud, así como pantallas estirables para integrarse en dispositivos electrónicos portátiles.

Pero Wang pensó que se necesitaba más trabajo para revolucionar los biosensores que llevan a cabo el primer paso en este flujo de trabajo: recopilar información de los órganos internos para enviarla a los chips y pantallas.

Los biosensores desarrollados anteriormente, dijo, no eran muy buenos para adherirse firmemente a los órganos vivos. Esto significaba que los datos que proporcionaron eran inconsistentes o irregulares.

"Un paso clave para obtener información desde cualquier lugar dentro del cuerpo humano es transducir la señal de un tejido a un dispositivo, y cuanto más se ajuste y adhiera su dispositivo a una superficie de tejido, más efectiva será la transducción de señales", explicó Nan Li, Ph.D. Estudiante en el laboratorio de Wang, quien es el primer autor de este trabajo.

Además de estar en constante movimiento y tener la capacidad de crecer o encogerse, la mayoría de los órganos humanos están constantemente húmedos.

"Todo el mundo sabe por experiencia propia que si intentas pegar un trozo de cinta adhesiva sobre una superficie seca, puede adherirse fuertemente", dijo Wang. "Pero intenta pegar la misma cinta sobre una superficie mojada y se vuelve mucho más dura".

El grupo de Wang superó estos desafíos desarrollando un nuevo polímero que absorbe líquido en la superficie de un tejido húmedo y luego se adhiere a su superficie. Combinaron el polímero con el tipo de semiconductores flexibles y estirables que habían diseñado en el pasado. El sensor resultante es una “red doble” de dos materiales: uno bioadhesivo y otro semiconductor. Los investigadores diseñaron el nuevo material de modo que las propiedades de ninguno de los dos materiales, cuando se combinaran, disminuyeran.

Para probar la utilidad del nuevo polímero adhesivo, Wang y sus colegas utilizaron el material para crear dispositivos que pudieran recopilar datos sobre la actividad eléctrica de los corazones.

"Los dispositivos se pueden conectar a cualquier lugar de la superficie del corazón con menos de un minuto de presión muy suave", dijo Wang.

Demostraron que los dispositivos se adherían a un área del corazón sin desviarse y recopilaban datos más confiables y de mayor calidad que los dispositivos que se grapan o pegan al corazón. Para los investigadores que desean mapear datos en muchas áreas de un órgano como el corazón, una adhesión de tejido tan estable e íntima puede beneficiar enormemente la resolución espacial de una grabación a largo plazo.

Pero Wang afirma que los posibles usos del nuevo material bioadhesivo van mucho más allá del registro de señales electrofisiológicas. El mismo material podría usarse para fabricar sensores adhesivos que recopilen datos dentro del cuerpo sobre los niveles de moléculas, electrolitos o metabolitos inmunes.

"Esto tiene un potencial realmente grande para la detección bioquímica", dijo Wang. "Puede abrir un amplio espectro de sensores implantables que recopilan datos directamente de los tejidos del interior del cuerpo humano".

El grupo de Wang también está estudiando cómo ajustar las propiedades de adhesión con mayor precisión para que los dispositivos que utilizan el nuevo polímero puedan eliminarse del cuerpo de manera más controlable. Para el registro a largo plazo de datos de salud, también están desarrollando nuevas estrategias de diseño de materiales para garantizar que el sistema inmunológico del cuerpo humano acepte el material y siga siendo funcional durante un largo período de tiempo.

Su objetivo general es realizar y mantener las interfaces de los tejidos íntimos durante cualquier período de tiempo.

Otros autores de este trabajo incluyen a Yang Li, Zhe Cheng, Youdi Liu, Yahao Dai, Dr. Seounghun Kang, Dr. Songsong Li, Naisong Shan, Shinya Wai, Aidan Ziaja, Dr. Wei Liu, Cheng Zhang, Prof. Jeffrey A. Hubbell, el Prof. Bozhi Tian de UChicago, Yunfei Wang y el Prof. Xiaodan Gu de la Universidad del Sur de Mississippi, y Joseph Strzalka del Laboratorio Nacional Argonne.

Cita: “Semiconductores y transistores de polímeros bioadhesivos para biointerfaces íntimas”, Li et al, Science, 10 de agosto de 2023. DOI: 10.1126/science.adg8758

–Esta historia apareció originalmente en el sitio web de la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker.

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