Nieuwe, meer biocompatibele materialen voor bio-elektronische toepassingen

Bio-elektronica is een onderzoeksgebied waarin biologie en elektronica samenkomen. In de geneeskunde wordt bijvoorbeeld een externe elektrische stroom gebruikt om ziekten van het zenuwstelsel te genezen of te monitoren, en ook om ter plaatse biomarkers te monitoren. Voor deze toepassingen worden apparaten uit geleidende materialen gebruikt.

Het meest gebruikte geleidende polymeer tot nu toe in energie- en biomedische toepassingen is PEDOT, gedoteerd met PSS, bekend als PEDOT:PSS. Ondanks de uitzonderlijke eigenschappen moeten er nog steeds nieuwe geleidende materialen worden ontwikkeld die enkele van de beperkingen ervan kunnen verbeteren, zoals biocompatibiliteit.

Een studie uitgevoerd door de Biomolecular Nanotechnology-groep van CIC biomaGUNE stelt een mechanisme voor voor het doteren van PEDOT met behulp van een robuust ontwikkeld eiwit (PEDOT: Protein); het resultaat is een hybride materiaal met ionische en elektronische geleidbaarheid, dat in sommige gevallen behoorlijk gelijkaardig is aan PEDOT:PSS. Het papier is gepubliceerd in het journaal Klein.

“Dit is de eerste keer dat een ontwikkeld eiwit is gebruikt als doteermiddel voor een geleidend polymeer; de tot nu toe gebruikte doteermiddelen beperken de integratie met cellen of weefsel en zijn ook moeilijk te moduleren”, legt Ikerbasque Research Professor Aitziber L. Cortajarena uit. hoofdonderzoeker van de groep en wetenschappelijk directeur van CIC biomaGUNE.

Cortajarena wees erop dat, omdat deze gemanipuleerde eiwitten biocompatibel, biologisch afbreekbaar en duurzaam zijn, en interessante functies bieden in cellulaire mechanismen, dit onderzoek erin is geslaagd “een stap voorwaarts te zetten in de ontwikkeling van een nieuwe familie van materialen die biocompatibeler, duurzamer zijn en meer mogelijkheden bieden.” een veel hogere graad van biologische integratie, dankzij de biocompatibiliteit van de eiwitten.”

De mogelijkheid om “geleidende materialen te gebruiken die eiwitten omvatten, verbetert duidelijk het grensvlak en de bio-integratie tussen het geleidende biomateriaal en het weefsel of de cellen waar dit materiaal zich bevindt”, voegde ze eraan toe. Ze hebben ook met succes de generatie van printbare inkten geoptimaliseerd, waardoor hun elektroactiviteitseigenschappen na het printen behouden blijven.

Deze nieuwe familie van materialen is van cruciaal belang bij de ontwikkeling van nieuwe toepassingen of nieuwe toepassingen in de bio-elektronica. “Ze zullen het mogelijk maken om vooruitgang te boeken in de richting van beperkingen die momenteel niet kunnen worden aangepakt vanwege de eenvoud van de beschikbare materialen”, zegt CIC biomaGUNE-onderzoeker Antonio Dominguez-Alfaro.

Er werd op gewezen dat het aantal toepassingen evenredig is met de verbeeldingskracht van de persoon die deze materialen ontwerpt, maar er werden enkele mogelijke toepassingen genoemd. “Er zouden elektroden beschikbaar kunnen worden gemaakt voor hersenimplantaten die helpen bij het onder controle houden van trillingen als gevolg van de ziekte van Parkinson of aanvallen veroorzaakt door epilepsie. Ze zouden ook kunnen worden toegepast op huidelektroden die worden gebruikt in draagbare apparaten, zoals horloges, die vitale functies zoals de hartslag meten.”

Bovendien is een van de grote voordelen van deze materialen dat ze bijvoorbeeld biomoleculen zoals glucose kunnen herkennen; ze “zouden erop kunnen ‘reageren’ en het kunnen meten door middel van zweet, wat bijvoorbeeld minder invasief is dan de huidige methoden.” Ten slotte zouden deze materialen kunnen worden gebruikt in batterijen die biocompatibeler zijn en toegankelijker voor contact met het lichaam.

e-Prot, een Europees project om technisch geleidende eiwitten te ontwikkelen

Dit onderzoek is uitgevoerd in het kader van de e-Prot project, onderdeel van het FET Open 2020-programma (Future and Emerging Technologies), en geleid door professor Aitziber L. Cortajarena. Het hoofddoel van het project is het ontwikkelen van een technologisch platform voor bio-elektronische systemen op basis van eiwitten en hun vermogen om elektriciteit efficiënt te geleiden.

Dus beginnend met de vervaardiging van op eiwitten gebaseerde geleidende structuren en materialen, is wat wordt aangeboden een alternatief voor traditionele technologieën die in de elektronica-industrie worden gebruikt.