Bioelektronik är ett forskningsfält där biologi och elektronik möts. Inom medicinen används till exempel en extern elektrisk ström för att bota eller övervaka sjukdomar i nervsystemet, och även för att övervaka biomarkörer in situ. Enheter gjorda av ledande material används för dessa applikationer.
Den mest använda ledande polymeren hittills inom energi- och biomedicinska tillämpningar är PEDOT-dopad med PSS, känd som PEDOT:PSS. Trots dess exceptionella egenskaper måste nya ledande material som kan förbättra några av dess begränsningar, såsom biokompatibilitet, fortfarande utvecklas.
En studie utförd av CIC biomaGUNEs Biomolecular Nanotechnology-grupp föreslår en mekanism för dopning av PEDOT med hjälp av ett robust konstruerat protein (PEDOT:Protein); resultatet är ett hybridmaterial med jonisk och elektronisk konduktivitet, som är ganska lik PEDOT:PSS i vissa fall. Uppsatsen publiceras i tidskriften Small .
"Detta är första gången som ett konstruerat protein har använts som dopningsmedel för en ledande polymer; dopämnena som hittills har använt begränsar integrationen med celler eller vävnad och är också svåra att modulera", förklarade Ikerbasque Research Professor Aitziber L. Cortajarena, den gruppens ledande forskare och vetenskapliga chef för CIC biomaGUNE.
Cortajarena påpekade att eftersom dessa konstruerade proteiner är biokompatibla, biologiskt nedbrytbara och hållbara och erbjuder intressanta funktioner i cellulära mekanismer, har denna forskning lyckats ta "ett steg framåt i utvecklingen av en ny familj av material som är mer biokompatibla, hållbara och erbjuder en mycket högre grad av biologisk integration, på grund av proteinernas biokompatibilitet."
Möjligheten att använda "ledande material som innehåller proteiner förbättrar tydligt gränssnittet och biointegrationen mellan det ledande biomaterialet och vävnaden eller cellerna där detta material är placerat", tillade hon. De har också framgångsrikt optimerat genereringen av tryckbara bläck, som ett resultat av vilket deras elektroaktivitetsegenskaper kvarstår efter utskrift.
Denna nya familj av material är avgörande för utvecklingen av nya tillämpningar eller nya användningsområden inom bioelektronik. "De kommer att göra det möjligt att avancera mot begränsningar som för närvarande inte kan hanteras på grund av de tillgängliga materialens enkelhet", säger CIC biomaGUNE-forskaren Antonio Dominguez-Alfaro.
Det påpekades att antalet ansökningar är proportionellt mot fantasin hos den person som tillverkar dessa material, men några potentiella sådana nämndes. "Elektroder skulle kunna göras tillgängliga för hjärnimplantat som hjälper till att kontrollera skakningar till följd av Parkinsons sjukdom eller anfall orsakade av epilepsi. De kan också appliceras på hudelektroder som används i bärbara enheter, som klockor, som mäter vitala tecken som hjärtfrekvens."
En av de stora fördelarna med dessa material är dessutom att de kan känna igen biomolekyler som t.ex. glukos; de "skulle kunna 'reagera' på det och mäta det genom svett, vilket är mindre invasivt än nuvarande metoder, till exempel." Slutligen skulle dessa material kunna användas i batterier som är mer biokompatibla och tillgängliga för kontakt med kroppen.
e-Prot, ett europeiskt projekt för att utveckla konduktiva ledande proteiner
Denna studie har genomförts inom ramen för e-Prot-projektet, en del av programmet FET Open 2020 (Future and Emerging Technologies), och leds av professor Aitziber L. Cortajarena. Huvudsyftet med projektet är att utveckla en teknisk plattform för bioelektroniksystem baserade på proteiner och deras förmåga att leda elektricitet effektivt.
Så från och med tillverkningen av proteinbaserade ledande strukturer och material, är det som erbjuds ett alternativ till traditionell teknik som används inom elektronikindustrin.
Mer information: Antonio Dominguez-Alfaro et al, Engineering Proteins for PEDOT Dispersions:A New Horizon for Highly Mixed Ionic-Electronic Biocompatible Conducting Materials, Small (2023). DOI:10.1002/smll.202307536
Tillhandahålls av CIC biomaGUNE
