Tecnologia Científica

A tecnologia 'Cyborg' pode permitir novos diagnósticos, fusão de humanos e IA
Esses dispositivos podem monitorar o desenvolvimento do tumor ou substituir tecidos danificados. Mas conectar a eletrônica diretamente aos tecidos humanos do corpo é um grande desafio.
Por American Chemical Society - 17/08/2020


Modelo molecular de PEDOT com maleimida; os átomos de carbono são cinza, oxigênio vermelho, nitrogênio azul, enxofre amarelo e hidrogênio branco. Crédito: David Martin

Embora os verdadeiros "ciborgues" - parte humanos, parte seres robóticos - sejam ficção científica, os pesquisadores estão tomando medidas para integrar a eletrônica ao corpo. Esses dispositivos podem monitorar o desenvolvimento do tumor ou substituir tecidos danificados. Mas conectar a eletrônica diretamente aos tecidos humanos do corpo é um grande desafio. Agora, uma equipe está relatando novos revestimentos para componentes que podem ajudá-los a se encaixar mais facilmente neste ambiente.

Os pesquisadores apresentarão seus resultados hoje no Encontro Virtual Outono 2020 da American Chemical Society (ACS) e Expo.

"Tivemos a ideia para este projeto porque estávamos tentando fazer a interface de microeletrodos inorgânicos rígidos com o cérebro, mas os cérebros são feitos de materiais orgânicos, salgados e vivos", disse David Martin, Ph.D., que liderou o estudo. "Não estava funcionando bem, então pensamos que deveria haver uma maneira melhor."

Os materiais microeletrônicos tradicionais, como silício, ouro, aço inoxidável e irídio, causam cicatrizes quando implantados. Para aplicações em músculos ou tecido cerebral, os sinais elétricos precisam fluir para que funcionem corretamente, mas as cicatrizes interrompem essa atividade. Os pesquisadores concluíram que um revestimento pode ajudar.

“Começamos a olhar para materiais eletrônicos orgânicos, como polímeros conjugados que estavam sendo usados ​​em dispositivos não biológicos”, diz Martin, que está na Universidade de Delaware. "Encontramos um exemplo quimicamente estável que foi vendido comercialmente como revestimento antiestático para telas eletrônicas ." Após o teste, os pesquisadores descobriram que o polímero tinha as propriedades necessárias para fazer a interface do hardware com o tecido humano.

"A maleimida é particularmente poderosa porque podemos fazer substituições de química de clique para fazer polímeros e biopolímeros funcionalizados", diz Martin. A mistura de monômero não substituído com a versão substituída por maleimida resulta em um material com muitos locais onde a equipe pode anexar peptídeos, anticorpos ou DNA. “Dê um nome à sua biomolécula favorita e você poderá, em princípio, fazer um filme PEDOT que tenha qualquer grupo biofuncional no qual você possa estar interessado” 


"Esses polímeros conjugados são eletricamente ativos, mas também ionicamente ativos", diz Martin. "Os contra-íons fornecem a carga de que precisam, portanto, quando estão em operação, tanto os elétrons quanto os íons se movem." O polímero, conhecido como poli (3,4-etilenodioxitiofeno) ou PEDOT, melhorou drasticamente o desempenho dos implantes médicos, reduzindo sua impedância de duas a três ordens de magnitude, aumentando assim a qualidade do sinal e a vida útil da bateria nos pacientes.

Martin, desde então, determinou como especializar o polímero, colocando diferentes grupos funcionais no PEDOT. Adicionar um substituinte de ácido carboxílico , aldeído ou maleimida ao monômero de etilenodioxitiofeno (EDOT) dá aos pesquisadores a versatilidade para criar polímeros com uma variedade de funções.

"A maleimida é particularmente poderosa porque podemos fazer substituições de química de clique para fazer polímeros e biopolímeros funcionalizados", diz Martin. A mistura de monômero não substituído com a versão substituída por maleimida resulta em um material com muitos locais onde a equipe pode anexar peptídeos, anticorpos ou DNA. “Dê um nome à sua biomolécula favorita e você poderá, em princípio, fazer um filme PEDOT que tenha qualquer grupo biofuncional no qual você possa estar interessado”, diz ele.

Mais recentemente, o grupo de Martin criou um filme PEDOT com um anticorpo para o fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) anexado. O VEGF estimula o crescimento dos vasos sanguíneos após a lesão e os tumores sequestram essa proteína para aumentar o suprimento de sangue. O polímero que a equipe desenvolveu pode atuar como um sensor para detectar a superexpressão de VEGF e, portanto, estágios iniciais da doença, entre outras aplicações potenciais.

Outros polímeros funcionalizados possuem neurotransmissores e esses filmes podem ajudar a detectar ou tratar distúrbios cerebrais ou do sistema nervoso. Até agora, a equipe fez um polímero com dopamina, que desempenha um papel em comportamentos de dependência, bem como variantes funcionalizadas com dopamina do monômero EDOT. Martin diz que esses materiais híbridos biológico-sintéticos podem algum dia ser úteis na fusão da inteligência artificial com o cérebro humano.

Em última análise, diz Martin, seu sonho é ser capaz de adaptar como esses materiais se depositam em uma superfície e, em seguida, colocá-los no tecido de um organismo vivo. "A capacidade de fazer a polimerização de forma controlada dentro de um organismo vivo seria fascinante."

 

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