Polímeros que são bons condutores de eletricidade podem ser úteis em dispositivos biomédicos, para ajudar na detecção ou eletroestimulação, por exemplo. Mas tem havido um obstáculo que impede seu uso generalizado:sua incapacidade de aderir a uma superfície como um sensor ou microchip, e fique parado apesar da umidade do corpo.

Agora, pesquisadores do MIT descobriram uma maneira de fazer com que géis de polímero condutores adiram a superfícies úmidas.

O novo método adesivo é descrito no jornal Avanços da Ciência em um artigo do estudante de doutorado do MIT Hyunwoo Yuk, ex-pesquisador visitante Akihisa Inoue, pós-doutorado Baoyang Lu, e professor de engenharia mecânica Xuanhe Zhao.

A maioria dos eletrodos usados ​​para dispositivos biomédicos são feitos de ligas de platina ou platina-irídio, Zhao explica. São condutores elétricos muito bons, duráveis ​​dentro do ambiente úmido do corpo, e quimicamente estáveis ​​para que não interajam com os tecidos circundantes. Mas sua rigidez é uma grande desvantagem. Porque eles não podem flexionar e esticar enquanto o corpo se move, eles podem danificar tecidos delicados.

Polímeros condutores, como PEDOT:PSS, por contraste, pode corresponder muito à suavidade e flexibilidade dos tecidos vulneráveis ​​do corpo. A parte complicada é fazer com que eles permaneçam presos aos dispositivos biomédicos aos quais estão conectados. Os pesquisadores lutam há anos para tornar esses polímeros duráveis ​​nos ambientes úmidos e sempre em movimento do corpo.

“Tem havido milhares de jornais falando sobre as vantagens desses materiais, "Yuk diz, mas as empresas que fazem dispositivos biomédicos "simplesmente não os usam, "porque eles precisam de materiais extremamente confiáveis ​​e estáveis. Uma falha do material pode exigir um procedimento cirúrgico invasivo para substituí-lo, o que acarreta risco adicional para o paciente.

Eletrodos rígidos de metal "às vezes prejudicam os tecidos, mas eles funcionam bem em termos de confiabilidade e estabilidade por um período de anos, "o que não aconteceu com os substitutos de polímeros até agora, ele diz.

A maioria dos esforços para resolver este problema envolveu fazer modificações significativas nos materiais poliméricos para melhorar sua durabilidade e sua capacidade de aderir, mas Yuk diz que isso cria problemas próprios:as empresas já investiram pesadamente em equipamentos para fabricar esses polímeros, e grandes mudanças na formulação exigiriam investimentos significativos em novos equipamentos de produção. Essas mudanças seriam para um mercado que é relativamente pequeno em termos econômicos, embora grande em impacto potencial. Outras abordagens que foram tentadas são limitadas a materiais específicos. Em vez de, a equipe do MIT se concentrou em fazer o mínimo possível de mudanças, para garantir a compatibilidade com os métodos de produção existentes, e tornar o método aplicável a uma ampla variedade de materiais.

Seu método envolve uma camada adesiva extremamente fina entre o hidrogel de polímero condutor e o material do substrato. Embora apenas alguns nanômetros de espessura (bilionésimos de um metro), esta camada acaba sendo eficaz em fazer os géis aderirem a qualquer um de uma ampla variedade de materiais de substrato comumente usados, incluindo vidro, poliimida, óxido de índio e estanho, e ouro. A camada adesiva penetra no próprio polímero, produzindo um resistente, estrutura de proteção durável que mantém o material no lugar mesmo quando exposto por longos períodos a um ambiente úmido.

A camada adesiva pode ser aplicada aos dispositivos por uma variedade de processos de fabricação padrão, incluindo revestimento de rotação, revestimento em spray, e revestimento por imersão, tornando mais fácil a integração com as plataformas de fabricação existentes. O revestimento que os pesquisadores usaram em seus testes é feito de poliuretano, um material hidrofílico (que atrai água) que está prontamente disponível e barato, embora outros polímeros semelhantes também possam ser usados. Esses materiais "tornam-se muito fortes quando formam redes interpenetrantes, "como fazem quando revestidos no polímero condutor, Yuk explica. Esta resistência aprimorada deve resolver os problemas de durabilidade associados ao polímero não revestido, ele diz.

O resultado é um gel mecanicamente forte e condutor que se liga firmemente à superfície à qual está preso. "É um processo muito simples, "Yuk diz.

A ligação prova ser altamente resistente à flexão, torcendo, e até mesmo dobrar o material do substrato. O polímero adesivo foi testado em laboratório sob condições de envelhecimento acelerado usando ultrassom, mas Yuk diz que para a indústria de dispositivos biomédicos aceitar esse novo material exigirá mais tempo, testes mais rigorosos para confirmar a estabilidade dessas fibras revestidas sob condições realistas por longos períodos de tempo.

"Ficaríamos muito felizes em licenciar e lançar essa tecnologia para testá-la ainda mais em situações realistas, "diz ele. A equipe começou a conversar com os fabricantes para ver" como podemos melhor ajudá-los a testar esse conhecimento, " ele diz.

"Eu acho que este é um ótimo trabalho, "diz Zhenan Bao, professor de engenharia química na Universidade de Stanford, que não se associou a esta pesquisa. "Os adesivos úmidos já são um grande desafio. Os adesivos condutores que funcionam bem em condições úmidas são ainda mais raros. Eles são muito necessários para interfaces nervosas e registro de sinais elétricos do coração ou do cérebro."

Bao diz que este trabalho "é um grande avanço no campo da bioeletrônica".