Αν και τα αληθινά «cyborg» – μισοί άνθρωποι, μισοί ρομποτικά όντα – είναι επιστημονική φαντασία, οι ερευνητές λαμβάνουν μέτρα για την ενσωμάτωση της ηλεκτρονικής στο σώμα. Τέτοιες συσκευές θα μπορούσαν να παρακολουθούν την ανάπτυξη όγκων ή να αντέχουν σε κατεστραμμένους ιστούς. Αλλά η απευθείας σύνδεση ηλεκτρονικών με ανθρώπινους ιστούς στο σώμα είναι μια τεράστια πρόκληση. Τώρα, μια ομάδα αναφέρει νέες επιστρώσεις για εξαρτήματα που θα μπορούσαν να τα βοηθήσουν να ταιριάζουν πιο εύκολα σε αυτό το περιβάλλον.
Οι ερευνητές παρουσίασαν τα αποτελέσματά τους τον προηγούμενο μήνα στο American Chemical Society (ACS) Fall 2020 Virtual Meeting & Expo.
«Έχουμε την ιδέα για αυτό το έργο επειδή προσπαθούσαμε να συνδέσουμε άκαμπτα, ανόργανα μικροηλεκτρόδια με τον εγκέφαλο, αλλά οι εγκέφαλοι είναι κατασκευασμένοι από οργανικά, ζωντανά υλικά», λέει ο David Martin, Ph.D., ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης. «Δεν λειτούργησε καλά, οπότε πιστεύαμε ότι πρέπει να υπάρχει καλύτερος τρόπος».
Τα παραδοσιακά μικροηλεκτρονικά υλικά, όπως το πυρίτιο, ο χρυσός, ο ανοξείδωτος χάλυβας και το ιρίδιο, προκαλούν ουλές όταν εμφυτεύονται. Για εφαρμογές σε ιστό μυών ή εγκεφάλου, πρέπει να ρέουν ηλεκτρικά σήματα για να λειτουργούν σωστά, αλλά οι ουλές διακόπτουν αυτήν τη δραστηριότητα. Οι ερευνητές ισχυρίστηκαν ότι μια επικάλυψη θα μπορούσε να βοηθήσει.
«Αρχίσαμε να εξετάζουμε οργανικά ηλεκτρονικά υλικά όπως συζευγμένα πολυμερή που χρησιμοποιούνταν σε μη βιολογικές συσκευές», λέει ο Martin, ο οποίος είναι στο Πανεπιστήμιο του Delaware. «Βρήκαμε ένα χημικά σταθερό παράδειγμα που πωλήθηκε στο εμπόριο ως αντιστατικό επίστρωμα για ηλεκτρονικές οθόνες». Μετά από δοκιμές, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το πολυμερές είχε τις απαραίτητες ιδιότητες για τη διασύνδεση υλικού και ανθρώπινου ιστού.
«Αυτά τα συζευγμένα πολυμερή είναι ηλεκτρικά ενεργά, αλλά είναι επίσης ιοντικά ενεργά», λέει ο Martin. «Τα αντίθετα ιόντα τους δίνουν το φορτίο που χρειάζονται έτσι όταν λειτουργούν, τόσο τα ηλεκτρόνια όσο και τα ιόντα κινούνται». Το πολυμερές, γνωστό ως πολυ (3,4-αιθυλενοδιοξυθειοφαίνιο) ή PEDOT, βελτίωσε δραματικά την απόδοση των ιατρικών εμφυτευμάτων μειώνοντας τη σύνθεσή τους δύο έως τρεις τάξεις μεγέθους, αυξάνοντας έτσι την ποιότητα σήματος και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας σε ασθενείς.
Από τότε ο Martin έχει καταφέρει να ειδικεύσει το πολυμερές, θέτοντας διαφορετικές λειτουργικές ομάδες στο PEDOT. Η προσθήκη ενός υποκαταστάτη καρβοξυλικού οξέος, αλδεΰδης ή μηλεϊμιδίου στο μονομερές αιθυλενοδιοξυθειοφαινίου (EDOT) δίνει στους ερευνητές την ευελιξία να δημιουργούν πολυμερή με μια ποικιλία λειτουργιών.
«Η μηλεϊμίδη είναι ιδιαίτερα ισχυρή γιατί μπορούμε να κάνουμε κλικ σε υποκαταστάσεις χημείας για να κάνουμε λειτουργικά πολυμερή και βιοπολυμερή», λέει ο Martin. Η ανάμιξη μη υποκατεστημένου μονομερούς με την υποκατεστημένη με μηλεϊμίδη έκδοση οδηγεί σε ένα υλικό με πολλές τοποθεσίες όπου η ομάδα μπορεί να προσκολλάει πεπτίδια, αντισώματα ή DNA. «Σκεφτείτε το αγαπημένο σας βιομόριο και μπορείτε κατ’ αρχήν να φτιάξετε μια ταινία PEDOT που έχει όποια βιολειτουργική ομάδα μπορεί να σας ενδιαφέρει», λέει.
Πιο πρόσφατα, η ομάδα του Martin δημιούργησε ένα φιλμ PEDOT με συνδεδεμένο ένα αντίσωμα για αγγειακό ενδοθηλιακό αυξητικό παράγοντα (VEGF). Ο VEGF διεγείρει την ανάπτυξη των αιμοφόρων αγγείων μετά από τραυματισμό και οι όγκοι αιχμαλωτίζουν αυτήν την πρωτεΐνη για να αυξήσουν την παροχή αίματος. Το πολυμερές που ανέπτυξε η ομάδα θα μπορούσε να λειτουργήσει ως αισθητήρας για την ανίχνευση της υπερέκφρασης του VEGF και επομένως των πρώτων σταδίων της νόσου, μεταξύ άλλων πιθανών εφαρμογών.
Άλλα λειτουργικά πολυμερή έχουν νευροδιαβιβαστές πάνω τους και αυτά τα φιλμ θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην αίσθηση ή τη θεραπεία διαταραχών του εγκεφάλου ή του νευρικού συστήματος. Μέχρι στιγμής, η ομάδα έχει δημιουργήσει ένα πολυμερές με ντοπαμίνη, το οποίο παίζει ρόλο στις εθιστικές συμπεριφορές, καθώς και παραλλαγές λειτουργικές με ντοπαμίνη του μονομερούς EDOT. Ο Martin λέει ότι αυτά τα βιολογικά συνθετικά υβριδικά υλικά μπορεί κάποια μέρα να είναι χρήσιμα για τη συγχώνευση της τεχνητής νοημοσύνης με τον ανθρώπινο εγκέφαλο.
Τελικά, λέει ο Martin, το όνειρό του είναι να είναι σε θέση να προσαρμόσει τον τρόπο με τον οποίο αυτά τα υλικά εναποτίθενται σε μια επιφάνεια και στη συνέχεια να τα βάλουν σε ιστό σε έναν ζωντανό οργανισμό. «Η ικανότητα να κάνουμε τον πολυμερισμό με ελεγχόμενο τρόπο μέσα σε έναν ζωντανό οργανισμό θα ήταν συναρπαστική».
Πηγή άρθρου:
Cyborg’ technology could enable new diagnostics, merger of humans and AI. Ανακτήθηκε από: www.acs.org (Τελευταία πρόσβαση: 5/9/2020)
