O cérebro é macio e os eletrônicos são rígidos, o que pode tornar a combinação dos dois um desafio, como quando os neurocientistas implantam eletrodos para medir a atividade cerebral e talvez liberem pequenos choques de eletricidade para o alívio da dor ou outros fins.

O engenheiro químico Zhenan Bao está tentando mudar isso. Por mais de uma década, seu laboratório tem trabalhado para tornar os eletrônicos macios e flexíveis para que pareçam e funcionem quase como uma segunda pele. Pelo caminho, a equipe começou a se concentrar em fazer plásticos frágeis que podem conduzir eletricidade de forma mais elástica.

Agora em Avanços da Ciência , A equipe de Bao descreve como pegaram um desses plásticos frágeis e o modificaram quimicamente para torná-lo tão flexível quanto um elástico, enquanto melhora ligeiramente sua condutividade elétrica. O resultado é um soft, eletrodo flexível compatível com nossos nervos flexíveis e sensíveis.

"Este eletrodo flexível abre muitos novos, possibilidades empolgantes no futuro para interfaces cerebrais e outros eletrônicos implantáveis, "disse Bao, professor de engenharia química. "Aqui, temos um novo material com desempenho elétrico incomparável e alta elasticidade. "

O material ainda é um protótipo de laboratório, mas a equipe espera desenvolvê-lo como parte de seu foco de longo prazo na criação de materiais flexíveis que façam interface com o corpo humano.

Interface flexível

Eletrodos são fundamentais para a eletrônica. Conduzindo eletricidade, esses fios carregam sinais para frente e para trás que permitem que diferentes componentes em um dispositivo trabalhem juntos. Em nossos cérebros, fibras semelhantes a fios especiais chamadas axônios desempenham um papel semelhante, transmitir impulsos elétricos entre neurônios. O plástico elástico de Bao é projetado para fazer uma conexão mais contínua entre o mundo rígido da eletrônica e os eletrodos orgânicos flexíveis em nossos corpos.

"Uma coisa sobre o cérebro humano que muitas pessoas não sabem é que ele muda de volume ao longo do dia, "diz o pesquisador de pós-doutorado Yue Wang, o primeiro autor no artigo. "Ele aumenta e diminui." A geração atual de implantes eletrônicos não pode se esticar e se contrair com o cérebro, dificultando a manutenção de uma boa conexão.

"Se tivermos um eletrodo com uma suavidade semelhante à do cérebro, formará uma interface melhor, "disse Wang.

Para criar este eletrodo flexível, os pesquisadores começaram com um plástico que tinha duas qualidades essenciais:alta condutividade e biocompatibilidade, o que significa que ele pode ser colocado em contato com o corpo humano com segurança. Mas esse plástico tinha uma deficiência:era muito quebradiço. Estirá-lo até 5 por cento iria quebrá-lo.

Bem ferido e quebradiço

Como Bao e sua equipe procuraram preservar a condutividade e, ao mesmo tempo, adicionar flexibilidade, eles trabalharam com cientistas do SLAC National Accelerator Laboratory para usar um tipo especial de raio-X para estudar este material em nível molecular. Todos os plásticos são polímeros; isso é, cadeias de moléculas unidas como contas. O plástico neste experimento era na verdade feito de dois polímeros diferentes que foram enrolados juntos. Um era o condutor elétrico. O outro polímero foi essencial para o processo de fabricação do plástico. Quando esses dois polímeros se combinaram, eles criaram um plástico que era como um fio de plástico quebradiço, estruturas semelhantes a esferas. Foi condutivo, mas não flexível.

Os pesquisadores levantaram a hipótese de que, se pudessem encontrar o aditivo molecular certo para separar esses dois polímeros firmemente enrolados, eles poderiam evitar essa cristalização e dar ao plástico mais elasticidade. Mas eles tinham que ter cuidado - adicionar material a um condutor geralmente enfraquece sua capacidade de transmitir sinais elétricos.

Depois de testar mais de 20 aditivos moleculares diferentes, eles finalmente encontraram um que funcionou. Era uma molécula semelhante ao tipo de aditivo usado para engrossar sopas em cozinhas industriais. Esse aditivo transformou a estrutura molecular robusta e frágil do plástico em um padrão de rede arrastão com orifícios nos fios para permitir que o material se estique e se deforme. Quando eles testaram a elasticidade de seu novo material, eles ficaram maravilhados ao descobrir que ele se tornava ligeiramente mais condutivo quando esticado até duas vezes seu comprimento original. O plástico permaneceu muito condutor mesmo quando esticado em 800 por cento do seu comprimento original.

"Pensamos que se adicionarmos material isolante, teríamos uma condutividade muito ruim, especialmente quando adicionamos tanto, "disse Bao. Mas, graças à sua compreensão precisa de como ajustar a montagem molecular, os pesquisadores obtiveram o melhor dos dois mundos:a maior condutividade possível para o plástico e, ao mesmo tempo, o transformou em uma substância muito robusta e elástica.

"Compreendendo a interação em nível molecular, podemos desenvolver eletrônicos que são macios e elásticos como a pele, enquanto permanece condutivo, "Wang diz.