En forskargrupp, gemensamt ledd av professorerna Jiyun Kim, Chaenyung Cha och Myoung Hoon Song från Institutionen för materialvetenskap och teknik vid UNIST, har avslöjat världens första flexibla, biologiskt nedbrytbara bioelektroniska papper med homogent distribuerad trådlös stimuleringsfunktion för enkel personalisering av bioelektroniska implantat.
Dessa innovativa material är gjorda av funktionella material i nanoskala och kan därför anpassas ytterligare med enkla metoder, såsom rullning, skärning, inåtvikning och utåtvikning utan att förlora funktionalitet.
Forskargruppen förväntar sig att dessa resultat med oöverträffad designflexibilitet kan lägga en grund för den billiga, enkla och snabba personaliseringen av temporära bioelektroniska implantat för minimalt invasiva trådlösa stimuleringsterapier.
Verket publiceras i tidskriften Advanced Materials .
Implanterade elektriska stimuleringsanordningar är avgörande för att främja neuronal aktivitet och vävnadsregenerering genom elektrisk stimulering. Därför är dessa enheter viktiga för att behandla olika neurodegenerativa sjukdomar, såsom Parkinsons sjukdom och Alzheimers sjukdom.
Men de flesta av de senaste bioelektroniska implantaten kräver stel och skrymmande elektronik som är mekaniskt inkompatibel med den känsliga strukturen hos nerver och andra vävnader, vilket gör det svårt att fritt byta till olika storlekar och former i realtid.
Dessutom kan behovet av trådanslutningar, batteribyte och operationer för borttagning efter behandling öka risken för infektion och göra kliniska behandlingar komplicerade.
I den här studien har forskargruppen framgångsrikt utvecklat ett flexibelt, biomimetiskt, lätt och biologiskt nedbrytbart bioelektroniskt papper som kan skäras och skräddarsys efter tillverkning med bibehållen funktionalitet, vilket möjliggör enkel och snabb produktion av bioelektroniska implantat av olika storlekar, former och mikro - och makrostrukturer.
Först syntetiserade de magnetoelektriska nanopartiklar (MENs) som underlättar elektrisk stimulering som svar på ett externt magnetfält. De syntetiserade nanopartiklarna har formen av en "Core@Shell"-struktur som kopplar en magnetostriktiv kärna som omvandlar magnetfält till lokal spänning och ett piezoelektriskt skal som omvandlar spänning till elektriskt fält.
Genom att integrera MENs i elektrospunna biologiskt nedbrytbara nanofibrer (NFs), producerade teamet en pappersliknande, biologiskt nedbrytbar, porös, trådlös elektrostimulator. In vitro-experiment visade ytterligare materialets förmåga att tillhandahålla trådlös elektrostimulering och främja neuronal aktivitet samtidigt.
"Det utvecklade materialet erbjuder personliga behandlingsalternativ som är skräddarsydda för individuella behov och fysiska egenskaper, förenklar behandlingsprocesser, förbättrar flexibilitet och mångsidighet i elektrisk stimuleringsbaserade kliniska tillämpningar", säger postdoktor och förstaförfattare Jun Kyu Choe.
Det tillverkade materialet är lika flexibelt och lätt som papper. Den kan fästas tätt längs komplexa ytor, som den krökta ytan på mänskliga hjärnmodeller. Noterbart kan den också skäras till godtyckliga former och skalor, samtidigt som den behåller sin funktion.
Dessutom visade den exceptionell flexibilitet nog för att tillverka en cylindrisk nervledning för att regenerera nerver, med en demonstrerad böjningsradie på 400 µm.
Enligt forskargruppen, "Detta arbete presenterar en lovande strategi för utveckling av flexibla och biologiskt nedbrytbara trådlösa bioelektroniska implantat som enkelt kan anpassas för olika kliniska och fysiska omständigheter.
"Kombinationen av magnetoelektriska och biologiskt nedbrytbara fibrösa material i nanoskala erbjuder fördelar jämfört med traditionella trådlösa elektroniska enheter på systemnivå som förlitar sig på intrikat sammansättning av skrymmande komponenter som inte kan designas om efter tillverkning."
Professor Kim sa, "Det bioelektroniska papperet kan i princip helt enkelt anpassas till organskalor på flera tiotals centimeter eller miniatyriseras till submikrometerskalor för minimalt invasiva operationer, eftersom magnetoelektriciteten eller mikrostrukturen inte beror på dess skala." /P>
"Sammantaget kan vårt bioelektroniska papper med enkel och bred tillämpbarhet öppna upp ett nytt system mot minimalt invasiva och biologiskt nedbrytbara trådlösa bioelektroniska implantat."
Mer information: Jun Kyu Choe et al, flexibelt, biologiskt nedbrytbart och trådlöst magnetiskt papper för enkel in situ-personalisering av bioelektriska implantat, avancerat material (2024). DOI:10.1002/adma.202311154
Journalinformation: Avancerat material
Tillhandahålls av Ulsan National Institute of Science and Technology
