Electrodo suave, imprimible y libre de metal podría allanar el camino para implantes médicos a más largo plazo

Los implantes electrónicos abarcan una amplia gama de dispositivos, incluidos los marcapasos tradicionales y los implantes cocleares, así como los microchips futuristas para el cerebro y la retina diseñados para mejorar la visión, tratar la depresión y restaurar la movilidad. Si bien estos implantes varían en forma y funcionalidad, la mayoría de ellos incorporan electrodos, pequeños elementos conductores que se conectan directamente a los tejidos objetivo para proporcionar estimulación eléctrica a los músculos y los nervios. Por lo general, los electrodos implantables están hechos de metales rígidos, que son naturalmente conductores. Sin embargo, con el tiempo, estos metales pueden causar irritación de los tejidos, lo que provoca cicatrices e inflamación que pueden degradar el desempeño del implante.

Ahora, los investigadores han creado un material libre de metales con una consistencia similar a la de un gel, parecido a la gelatina, que posee la suavidad y dureza del tejido biológico al tiempo que conduce la electricidad como los metales convencionales. Este material innovador se puede transformar en tinta imprimible, lo que permite a los investigadores crear electrodos flexibles y gomosos. El material, clasificado como un hidrogel de polímero conductor de alto rendimiento, tiene el potencial de reemplazar los electrodos a base de metal en el futuro, ofreciendo alternativas funcionales a base de gel que imitan la apariencia y la textura del tejido biológico.

La mayoría de los polímeros son aislantes naturales, lo que significa que no conducen la electricidad fácilmente. Sin embargo, existe una clase única de polímeros conocidos como polímeros conductores, que pueden facilitar el flujo de electrones. El descubrimiento de los polímeros altamente conductores data de los años 70 y posteriormente fue reconocido con el Premio Nobel de Química. Recientemente, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, Cambridge, MA, EUA) han estado investigando el uso de polímeros conductores para fabricar electrodos blandos libres de metal para implantes bioelectrónicos y otros dispositivos médicos. Su objetivo ha sido crear parches y películas suaves, duraderos y eléctricamente conductores mediante la combinación de partículas de polímero conductor con hidrogel, un polímero suave y rico en agua. Los intentos anteriores de combinar los dos materiales dieron como resultado geles débiles y quebradizos o exhibieron un desempeño eléctrico mediocre.

En su estudio más reciente, los investigadores del MIT determinaron que era necesario un nuevo método para mejorar las propiedades eléctricas y mecánicas tanto de los polímeros conductores como de los hidrogeles. En lugar del método convencional de mezcla homogénea, descubrieron que era crucial una ligera repulsión entre los ingredientes, conocida como separación de fases. Esto permitió que cada componente formara largas hebras microscópicas de sus respectivos polímeros sin dejar de mezclarse como un todo, de forma similar a hacer espaguetis eléctricos y mecánicos. Los investigadores transformaron este gel en tinta, que introdujeron en una impresora 3D y usaron para imprimir patrones en películas de hidrogel puro, similares a los electrodos metálicos tradicionales.

Para evaluar el desempeño de estos electrodos impresos similares a un gel, los investigadores los implantaron en el corazón, el nervio ciático y la médula espinal de ratas. Durante un período de dos meses, monitorearon el comportamiento eléctrico y mecánico de los electrodos y observaron que permanecían estables con mínima inflamación o cicatrización en los tejidos circundantes. Los electrodos transmitieron exitosamente los pulsos eléctricos desde el corazón a un monitor externo y enviaron pequeños pulsos al nervio ciático y la médula espinal, estimulando la actividad motora en los músculos y extremidades asociados. Los investigadores anticipan que este nuevo material podría encontrar una aplicación inmediata en la recuperación de personas que se someten a cirugía cardíaca. Continúan su trabajo para mejorar la longevidad y el rendimiento del material, visualizando su uso como una interfaz eléctrica blanda entre órganos e implantes a largo plazo, como marcapasos y estimuladores cerebrales profundos.

“Creemos que, por primera vez, tenemos un electrodo resistente, robusto, similar a la gelatina, que potencialmente puede reemplazar al metal para estimular los nervios y hacer una interfaz con el corazón, el cerebro y otros órganos del cuerpo”, dijo Xuanhe Zhao, profesor de ingeniería mecánica y de ingeniería civil y ambiental en el MIT. “El objetivo de nuestro grupo es reemplazar el vidrio, la cerámica y el metal dentro del cuerpo, con algo como gelatina para que sea más benigno pero con un mejor rendimiento y pueda durar mucho tiempo”.

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MIT