p O cérebro é um dos nossos órgãos mais vulneráveis, tão macio quanto o mais macio tofu. Implantes cerebrais, por outro lado, são normalmente feitos de metal e outros materiais rígidos que com o tempo podem causar inflamação e acúmulo de tecido cicatricial. p Os engenheiros do MIT estão trabalhando no desenvolvimento de soft, implantes neurais flexíveis que podem se adaptar suavemente aos contornos do cérebro e monitorar a atividade por períodos mais longos, sem agravar o tecido circundante. Esses eletrônicos flexíveis podem ser alternativas mais suaves aos eletrodos à base de metal existentes projetados para monitorar a atividade cerebral, e também pode ser útil em implantes cerebrais que estimulam regiões neurais para aliviar os sintomas de epilepsia, Mal de Parkinson, e depressão severa.

p Liderado por Xuanhe Zhao, professor de engenharia mecânica e de engenharia civil e ambiental, a equipe de pesquisa desenvolveu agora uma maneira de imprimir em 3D sondas neurais e outros dispositivos eletrônicos tão macios e flexíveis quanto borracha.

p Os dispositivos são feitos de um tipo de polímero, ou plástico macio, que é eletricamente condutivo. A equipe transformou esta solução de polímero condutor normalmente líquido em uma substância mais parecida com pasta de dente viscosa - que eles poderiam alimentar através de uma impressora 3-D convencional para torná-la estável, padrões eletricamente condutores.

p A equipe imprimiu vários dispositivos eletrônicos soft, incluindo um pequeno, eletrodo de borracha, que eles implantaram no cérebro de um camundongo. Conforme o mouse se movia livremente em um ambiente controlado, a sonda neural foi capaz de captar a atividade de um único neurônio. O monitoramento desta atividade pode dar aos cientistas uma imagem de alta resolução da atividade do cérebro, e pode ajudar na adaptação de terapias e implantes cerebrais de longo prazo para uma variedade de distúrbios neurológicos.

p "Esperamos, demonstrando esta prova de conceito, as pessoas podem usar essa tecnologia para fazer dispositivos diferentes, rapidamente, "diz Hyunwoo Yuk, um estudante de graduação no grupo de Zhao no MIT. "Eles podem mudar o design, execute o código de impressão, e gerar um novo design em 30 minutos. Esperançosamente, isso irá agilizar o desenvolvimento de interfaces neurais, totalmente feito de materiais macios. "

p Yuk e Zhao publicaram seus resultados na revista Nature Communications . Seus co-autores incluem Baoyang Lu e Jingkun Xu, da Universidade Normal de Ciência e Tecnologia de Jiangxi, junto com Shen Lin e Jianhong Luo da Escola de Medicina da Universidade de Zheijiang.

p De água com sabão a pasta de dente

p Polímeros condutores são uma classe de materiais que os cientistas têm explorado avidamente nos últimos anos por sua combinação única de flexibilidade semelhante à do plástico e da condutividade elétrica semelhante à do metal. Polímeros condutores são usados ​​comercialmente como revestimentos antiestáticos, já que podem transportar com eficácia quaisquer cargas eletrostáticas que se acumulem nos componentes eletrônicos e em outras superfícies sujeitas à estática.

p "Essas soluções de polímero são fáceis de pulverizar em dispositivos elétricos como telas sensíveis ao toque, "Yuk diz." Mas a forma líquida é principalmente para revestimentos homogêneos, e é difícil usar isso para qualquer bidimensional, padronização de alta resolução. Em 3-D, é impossível."

p Yuk e seus colegas raciocinaram que, se pudessem desenvolver um polímero condutor para impressão, eles poderiam então usar o material para imprimir uma série de softwares dispositivos eletrônicos com padrões complexos, como circuitos flexíveis, e eletrodos de neurônio único.

p Em seu novo estudo, o relatório da equipe modificando poly (3, 4-etilenodioxitiofeno) poliestireno sulfonato, ou PEDOT:PSS, um polímero condutor normalmente fornecido na forma de tinta, líquido azul-escuro. O líquido é uma mistura de água e nanofibras de PEDOT:PSS. O líquido obtém sua condutividade dessas nanofibras, que, quando eles entram em contato, atuam como uma espécie de túnel através do qual qualquer carga elétrica pode fluir.

p Se os pesquisadores alimentassem este polímero em uma impressora 3-D em sua forma líquida, ele simplesmente sangraria na superfície subjacente. Portanto, a equipe procurou uma maneira de engrossar o polímero enquanto retém a condutividade elétrica inerente do material.

p Eles primeiro liofilizaram o material, removendo o líquido e deixando para trás uma matriz seca, ou esponja, de nanofibras. Deixado sozinho, essas nanofibras se tornariam quebradiças e rachariam. Então, os pesquisadores remixaram as nanofibras com uma solução de água e um solvente orgânico, que eles desenvolveram anteriormente, para formar um hidrogel - um à base de água, material emborrachado com nanofibras.

p Eles fizeram hidrogéis com várias concentrações de nanofibras, e descobriram que uma faixa de 5 a 8 por cento em peso de nanofibras produziu um material semelhante a pasta de dente que era eletricamente condutor e adequado para alimentação em uma impressora 3-D.

p "Inicialmente, é como água com sabão, "Zhao diz." Nós condensamos as nanofibras e as tornamos viscosas como pasta de dente, para que possamos espremê-lo como um grosso, líquido para impressão. "

p Implantes sob demanda

p Os pesquisadores alimentaram o novo polímero condutor em uma impressora 3-D convencional e descobriram que podiam produzir padrões complexos que permaneciam estáveis ​​e eletricamente condutores.

p Como prova de conceito, eles imprimiram um pequeno, eletrodo de borracha, mais ou menos do tamanho de um pedaço de confete. O eletrodo consiste em uma camada flexível, polímero transparente, sobre o qual eles então imprimiram o polímero condutor, em fino, linhas paralelas que convergiam em uma ponta, medindo cerca de 10 mícrons de largura - pequeno o suficiente para captar sinais elétricos de um único neurônio.

p A equipe implantou o eletrodo no cérebro de um rato e descobriu que ele poderia captar sinais elétricos de um único neurônio.

p "Tradicionalmente, eletrodos são fios de metal rígidos, e uma vez que há vibrações, esses eletrodos de metal podem danificar o tecido, "Zhao diz." Nós mostramos agora que você pode inserir uma sonda de gel em vez de uma agulha. "

p Em princípio, tão macio, eletrodos à base de hidrogel podem até ser mais sensíveis do que eletrodos de metal convencionais. Isso porque a maioria dos eletrodos de metal conduz eletricidade na forma de elétrons, enquanto os neurônios do cérebro produzem sinais elétricos na forma de íons. Qualquer corrente iônica produzida pelo cérebro precisa ser convertida em um sinal elétrico que um eletrodo de metal pode registrar - uma conversão que pode resultar na perda de alguma parte do sinal na tradução. O que mais, íons só podem interagir com um eletrodo de metal em sua superfície, que pode limitar a concentração de íons que o eletrodo pode detectar a qualquer momento.

p Em contraste, o eletrodo macio da equipe é feito de nanofibras condutoras de elétrons, incorporado em um hidrogel - um material à base de água através do qual os íons podem passar livremente.

p "A beleza de um hidrogel de polímero condutor é, além de suas propriedades mecânicas suaves, é feito de hidrogel, que é ionicamente condutor, e também uma esponja porosa de nanofibras, onde os íons podem fluir para dentro e para fora, "Lu diz." Como todo o volume do eletrodo está ativo, sua sensibilidade é aumentada. "

p Além da sonda neural, a equipe também fabricou uma matriz multieletrodo - uma pequena, Quadrado de plástico do tamanho de post-its, impresso com eletrodos muito finos, sobre o qual os pesquisadores também imprimiram um poço redondo de plástico. Os neurocientistas normalmente preenchem os poços dessas matrizes com neurônios cultivados, e pode estudar sua atividade por meio dos sinais que são detectados pelos eletrodos subjacentes do dispositivo.

p Para esta demonstração, o grupo mostrou que poderia replicar os designs complexos de tais matrizes usando impressão 3-D, versus técnicas tradicionais de litografia, que envolvem metais cuidadosamente gravados, como ouro, em padrões prescritos, ou máscaras - um processo que pode levar dias para concluir um único dispositivo.

p "Fazemos a mesma geometria e resolução deste dispositivo usando impressão 3-D, em menos de uma hora, "Yuk diz." Este processo pode substituir ou complementar as técnicas de litografia, como uma maneira mais simples e barata de fazer uma variedade de dispositivos neurológicos, sob demanda."