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Apr 21, 2023

L'ingegnere

Researchers in South Korea have developed graphene-based

Ricercatori in Corea del Sud hanno sviluppato idrogel conduttivi a base di grafene che possiedono iniettabilità e degradabilità regolabile, un progresso sostenuto per promuovere la progettazione e lo sviluppo di bioelettrodi impiantabili avanzati.

I bioelettrodi impiantabili sono dispositivi elettronici in grado di monitorare o stimolare l'attività biologica trasmettendo segnali da e verso i sistemi biologici viventi. Tali dispositivi possono essere fabbricati utilizzando vari materiali e tecniche e la selezione del materiale giusto per prestazioni e biocompatibilità è fondamentale. Ad oggi, i bioelettrodi convenzionali a base metallica sono associati a incisioni dolorose, infiammazione dei tessuti, trasduzione del segnale inefficiente e stabilità incontrollata nei sistemi biologici viventi.

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Gli idrogel conducibili hanno guadagnato terreno grazie alla loro flessibilità, compatibilità ed eccellente capacità di interazione, ma l’assenza di iniettabilità e degradabilità ha limitato la loro comodità d’uso e prestazioni nei sistemi biologici.

Ora, un team guidato dal professor Jae Young Lee del Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) ha sviluppato idrogel conduttivi iniettabili (ICH) a base di grafene che superano queste sfide. I risultati del team sono dettagliati in Small.

In una dichiarazione, il professor Lee ha affermato: "Gli elettrodi impiantabili tradizionali causano spesso diversi problemi, come un'ampia incisione per l'impianto e una stabilità incontrollata nel corpo. Al contrario, i materiali idrogel conduttivi consentono un rilascio minimamente invasivo e il controllo sulla durata di vita funzionale in vivo del bioelettrodo e sono quindi altamente desiderati."

Per sintetizzare gli ICH, i ricercatori hanno utilizzato l'ossido di grafene ridotto tiolo-funzionalizzato (F-rGO) come componente conduttivo grazie alla sua ampia area superficiale e alle proprietà elettriche e meccaniche desiderabili. Hanno selezionato polietilenglicole funzionalizzato con dimaleimmide (PEG-2Mal) e diacrilato (PEG-2Ac) come prepolimeri per facilitare lo sviluppo di ICH che sono rispettivamente stabili e idrolizzabili. Questi prepolimeri sono stati poi sottoposti a reazioni tiolo-ene con poli (etilenglicole)-tetratiolo (PEG-4SH) e F-rGO.

Secondo GIST, gli ICH realizzati con PEG-2Ac erano degradabili (DICH), mentre quelli con PEG-2Mal erano stabili (SICH). I ricercatori hanno scoperto che i nuovi ICH hanno prestazioni migliori di quelli esistenti legandosi bene ai tessuti e registrando i segnali più elevati. In condizioni in vitro, il SICH non si è degradato per un mese, mentre il DICH ha mostrato una degradazione graduale dal terzo giorno in poi.

Quando impiantato sulla pelle del topo, il DICH è scomparso dopo tre giorni di somministrazione, mentre il SICH ha mantenuto la sua forma fino a sette giorni. Oltre alla degradabilità controllata, entrambi gli ICH erano compatibili con la pelle.

Inoltre, il team ha valutato la capacità degli ICH di registrare segnali elettromiografici in vivo nel muscolo e nella pelle del ratto. Si dice che sia SICH che DICH abbiano registrato segnali di alta qualità e abbiano superato le prestazioni dei tradizionali elettrodi metallici.

Le registrazioni SICH potevano essere monitorate fino a tre settimane, mentre i segnali DICH venivano completamente persi dopo cinque giorni. Questi risultati suggeriscono l'applicabilità degli elettrodi SICH per il monitoraggio del segnale a lungo termine e quella del DICH per un uso temporaneo che non richiede rimozione chirurgica.

"I nuovi elettrodi ICH a base di grafene da noi sviluppati incorporano caratteristiche come l'elevata sensibilità del segnale, la semplicità d'uso, la minima invasività e la degradabilità regolabile", ha affermato il prof. Lee. "Nel complesso, queste proprietà possono aiutare nello sviluppo di bioelettronica avanzata e bioelettrodi impiantabili funzionali per una varietà di condizioni mediche, come malattie neuromuscolari e disturbi neurologici".