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Jul 27, 2023

Il transistor può aderire agli organi interni come il nastro

Di Sarah CP Williams 16 agosto 2023 Per attaccare un sensore impiantabile alla superficie di un cuore che batte solitamente è necessario suturare attorno alla periferia del sensore o applicare abbondanti quantità di adesivo

Di Sarah CP Williams

16 agosto 2023

Per attaccare un sensore impiantabile alla superficie di un cuore che batte solitamente è necessario suturare attorno alla periferia del sensore o applicare abbondanti quantità di adesivo tra il sensore e il cuore. In entrambi i casi, un sensore di questo tipo raramente ha un contatto stretto e ininterrotto con il tessuto cardiaco, limitando i dati che i medici possono raccogliere sulla funzione cardiaca di un paziente.

Per risolvere questa sfida, i ricercatori della Pritzker School of Molecular Engineering dell’Università di Chicago hanno progettato un nuovo semiconduttore adesivo che può aderire saldamente alle superfici umide e flessibili dei tessuti viventi, compreso il cuore. Il semiconduttore, descritto sulla rivista Science, consente proprietà adesive sui tessuti per biosensori basati su transistor.

"Questo è il primo semiconduttore e transistor che ha la bioadesione come proprietà intrinseca: non sono necessari punti, graffette o colla invasivi per gli organi per attaccarlo a un tessuto", ha affermato Sihong Wang, assistente professore presso la Pritzker Molecular Engineering, che ha condotto la ricerca. “Questo aprirà ogni sorta di nuove possibilità per il biosensing”. Wang ha anche un incarico congiunto presso l'Argonne National Laboratory.

Il laboratorio di Wang al PME si concentra sullo sviluppo di nuovi materiali per sostenere una suite completa di dispositivi che si interfacciano con il corpo umano per il monitoraggio della salute. Alcune delle loro ricerche precedenti hanno portato a chip per computer estensibili e flessibili in grado di analizzare dati sanitari, nonché display estensibili da integrare nell’elettronica indossabile.

Ma Wang pensava che fosse necessario ulteriore lavoro per rivoluzionare i biosensori che eseguono il primo passo in questo flusso di lavoro: raccogliere informazioni dagli organi interni da inviare ai chip e ai display.

I biosensori sviluppati in precedenza, ha detto, non erano molto efficaci nell’aderire saldamente agli organi viventi. Ciò significava che i dati forniti erano incoerenti o irregolari.

"Un passaggio fondamentale per ottenere informazioni da qualsiasi punto all'interno del corpo umano è la trasduzione del segnale da un tessuto a un dispositivo e quanto più il dispositivo può conformarsi e aderire alla superficie del tessuto, tanto più efficace sarà la trasduzione del segnale", ha spiegato Nan Li, un dottorato di ricerca. studente del laboratorio di Wang, che è il primo autore di questo lavoro.

Oltre a muoversi costantemente e ad avere la capacità di crescere o rimpicciolirsi, la maggior parte degli organi umani sono costantemente umidi.

"Tutti sanno per esperienza di vita che se si tenta di attaccare un pezzo di nastro adesivo su una superficie asciutta, può aderire fortemente", ha detto Wang. "Ma prova ad attaccare lo stesso nastro su una superficie bagnata e diventa molto più difficile."

Il gruppo di Wang ha superato queste sfide sviluppando un nuovo polimero che assorbe il liquido sulla superficie di un tessuto umido e poi aderisce alla sua superficie. Hanno combinato il polimero con il tipo di semiconduttori elastici e flessibili che avevano progettato in passato. Il sensore risultante è una “doppia rete” dei due materiali: uno bioadesivo e uno semiconduttore. I ricercatori hanno progettato il nuovo materiale in modo che le proprietà di nessuno dei due materiali, una volta combinati, diminuissero.

Per testare l’utilità del nuovo polimero adesivo, Wang e i suoi colleghi hanno utilizzato il materiale per creare dispositivi in ​​grado di raccogliere dati sull’attività elettrica del cuore.

"I dispositivi potrebbero essere attaccati a qualsiasi punto della superficie del cuore con meno di un minuto di pressione molto delicata", ha detto Wang.

I dispositivi, hanno dimostrato, si attaccano a un’area del cuore senza andare alla deriva e raccolgono dati più affidabili e di qualità superiore rispetto ai dispositivi pinzati o incollati al cuore. Per i ricercatori che desiderano mappare i dati in molte aree di un organo come il cuore, un’adesione tissutale così stabile e intima può apportare grandi benefici alla risoluzione spaziale di una registrazione a lungo termine.

Ma Wang afferma che i possibili usi del nuovo materiale bioadesivo vanno ben oltre la registrazione di segnali elettrofisiologici. Lo stesso materiale potrebbe essere utilizzato per realizzare sensori adesivi che raccolgono dati all’interno del corpo sui livelli di molecole immunitarie, elettroliti o metaboliti.