Novos materiais mais biocompatíveis para aplicações bioeletrônicas
Foi possível combinar o polímero condutor convencional PEDOT com proteínas projetadas (CTPRs) para sintetizar novos materiais com aplicações bioeletrônicas. Crédito:CIC biomaGUNE A bioeletrônica é um campo de pesquisa no qual convergem a biologia e a eletrônica. Na medicina, por exemplo, uma corrente elétrica externa é utilizada para curar ou monitorar doenças do sistema nervoso, e também para monitorar biomarcadores in situ. Dispositivos feitos de materiais condutores são usados para essas aplicações.
O polímero condutor mais utilizado até agora em aplicações energéticas e biomédicas é o PEDOT dopado com PSS, conhecido como PEDOT:PSS. Apesar de suas propriedades excepcionais, novos materiais condutores que possam melhorar algumas de suas limitações, como a biocompatibilidade, ainda precisam ser desenvolvidos.
Um estudo conduzido pelo grupo de Nanotecnologia Biomolecular do CIC biomaGUNE está propondo um mecanismo para dopar o PEDOT usando uma proteína robusta projetada (PEDOT:Protein); o resultado é um material híbrido com condutividade iônica e eletrônica, bastante semelhante ao PEDOT:PSS em alguns casos. O artigo foi publicado na revista Small .
"Esta é a primeira vez que uma proteína projetada foi usada como dopante para um polímero condutor; os dopantes usados até agora restringem a integração com células ou tecidos e também são difíceis de modular", explicou o professor de pesquisa da Ikerbasque, Aitziber L. Cortajarena, o pesquisador principal do grupo e diretor científico do CIC biomaGUNE.
Cortajarena destacou que porque estas proteínas projetadas são biocompatíveis, biodegradáveis e sustentáveis, e oferecem funções interessantes nos mecanismos celulares, esta pesquisa conseguiu dar "um passo em frente no desenvolvimento de uma nova família de materiais que são mais biocompatíveis, sustentáveis e oferecem um grau muito maior de integração biológica, devido à biocompatibilidade das proteínas."
A possibilidade de utilização de “materiais condutores compostos por proteínas melhora claramente a interface e a biointegração entre o biomaterial condutor e o tecido ou células onde este material está posicionado”, acrescentou. Eles também otimizaram com sucesso a geração de tintas imprimíveis, fazendo com que suas propriedades de eletroatividade permaneçam após a impressão. O novo material (PEDOT:CTPR3) tem um grau de integração biológica e biocompatibilidade muito maior do que os materiais atualmente em uso (PEDOT:PSS). A imagem mostra células vivas em verde e células mortas em vermelho. Crédito:CIC biomaGUNE Esta nova família de materiais é de crucial importância no desenvolvimento de novas aplicações ou novos usos em bioeletrônica. “Eles permitirão avançar em direção a limitações que atualmente não podem ser enfrentadas devido à simplicidade dos materiais disponíveis”, disse o pesquisador do biomaGUNE do CIC, Antonio Dominguez-Alfaro.
Foi apontado que o número de aplicações é proporcional à imaginação de quem projeta esses materiais, mas foram mencionadas algumas potenciais. "Eletrodos poderiam ser disponibilizados para implantes cerebrais que ajudam a controlar tremores resultantes da doença de Parkinson ou convulsões causadas por epilepsia. Eles também poderiam ser aplicados a eletrodos de pele usados em dispositivos vestíveis, como relógios, que medem sinais vitais, como frequência cardíaca."
Além disso, uma das grandes vantagens desses materiais é que podem reconhecer biomoléculas como a glicose, por exemplo; eles “seriam capazes de ‘reagir’ a isso e medi-lo através do suor, que é menos invasivo que os métodos atuais, por exemplo”. Por fim, esses materiais poderiam ser utilizados em baterias mais biocompatíveis e acessíveis ao contato com o corpo.
Este novo biomaterial condutor tem sido utilizado para produzir tintas imprimíveis, e sua impressão a jato de tinta, que preserva suas propriedades de eletroatividade após a impressão, foi otimizada. A imagem mostra exemplos de alguns dos padrões de impressão feitos em substrato de papel, em papel fotográfico e por jato de tinta em eletrodo serigrafado. Crédito:CIC biomaGUNE
Professora Aitziber L. Cortajarena com um membro de sua equipe. Crédito:CIC biomaGUNE
e-Prot, um projeto europeu para desenvolver proteínas condutoras projetadas
Este estudo foi realizado no âmbito do projeto e-Prot, parte do programa FET Open 2020 (Tecnologias Futuras e Emergentes), e liderado pelo Professor Aitziber L. Cortajarena. O principal objetivo do projeto é desenvolver uma plataforma tecnológica para sistemas bioeletrônicos baseados em proteínas e sua capacidade de conduzir eletricidade de forma eficiente.
Assim, começando pela fabricação de estruturas e materiais condutores à base de proteínas, o que se oferece é uma alternativa às tecnologias tradicionais utilizadas na indústria eletrônica.
Mais informações: Antonio Dominguez-Alfaro et al, Proteínas de Engenharia para Dispersões PEDOT:Um Novo Horizonte para Materiais Condutores Biocompatíveis Iônico-Eletrônicos Altamente Misturados, Pequenos (2023). DOI:10.1002/smll.202307536 Fornecido por CIC biomaGUNE
