Гибкая, биоразлагаемая и беспроводная магнитоэлектрическая бумага для простой персонализации биоэлектрических имплантатов на месте.

Важные новости

Гибкая, биоразлагаемая и беспроводная магнитоэлектрическая бумага для простая персонализация биоэлектрических имплантатов на месте

Слева: фотография имплантируемой беспроводной биоэлектронной бумаги (толщина ≈50 мкм; масштабная линейка 3 см), изготовленной путем интеграции MEN в NF. Микроструктура биоэлектронной бумаги может быть спроектирована с произвольной или ориентированной ориентацией волокон. Справа: фотографии биоэлектронной бумаги, преобразованной в различные макроструктуры и масштабы с использованием простых техник скручивания, оригами и киригами. Последовательные изображения, показывающие растворение биоэлектронной бумаги во время погружения в PBS при 37,5°C. Источник: Дополнительные материалы (2024 г.). DOI: 10.1002/adma.202311154

Исследовательская группа, совместно возглавляемая профессорами Джиюн Ким, Чэнён Ча и Мён Хун Сон с факультета материаловедения и инженерии UNIST, представила первую в мире гибкую биоразлагаемую биоэлектронную бумагу с однородно распределенными функциями беспроводной стимуляции для простой персонализации биоэлектроники. имплантаты.

Эти инновационные материалы изготовлены из нанофункциональных материалов и, следовательно, могут быть дополнительно модифицированы с помощью простых методов, таких как прокатка, резка, складывание внутрь и наружу без потери функциональности.

p>Исследовательская группа ожидает, что эти результаты с беспрецедентной гибкостью конструкции могут заложить основу для недорогой, простой и быстрой персонализации временных биоэлектронных имплантатов для минимально инвазивной терапии беспроводной стимуляцией.

Работа опубликована в журнале Advanced Materials.

Имплантированные устройства электростимуляции имеют решающее значение для стимулирования активности нейронов и регенерации тканей посредством электростимуляции. Поэтому эти устройства необходимы для лечения различных нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера.

Однако для большинства современных биоэлектронных имплантатов требуется жесткая и громоздкая электроника, которая механически несовместима с нежной структурой нервов и других тканей, что затрудняет свободное изменение размеров и форм в реальном времени.

Кроме того, необходимость проводных соединений, замены батарей и операций по удалению после лечения может повысить риск заражения и усложнить клиническое лечение.

В этом исследовании исследовательская группа успешно разработала гибкую, биомиметическую, легкую и биоразлагаемую биоэлектронную бумагу, которую можно разрезать и адаптировать после изготовления, сохраняя при этом функциональность, что позволяет просто и быстро производить биоэлектронные имплантаты различных размеров, форм и микроструктур. — и макроструктуры.

Гибкая, биоразлагаемая и беспроводная магнитоэлектрическая бумага для простой персонализации биоэлектрических имплантатов на месте

Схематическая иллюстрация MEN, синтезированного в структуре ядро/оболочка, которая соединяет магнитострикционное ядро, преобразующее магнитное поле в локальную деформацию, и пьезоэлектрическую оболочку, преобразующую деформацию в электрическое поле. MEN-NF имеет высокую пористость, которая позволяет проникать небольшим молекулам и контролировать ориентацию микроструктурных волокон. Источник: Дополнительные материалы (2024 г.). DOI: 10.1002/adma.202311154

Во-первых, они синтезировали магнитоэлектрические наночастицы (МЭН), которые облегчают электрическую стимуляцию в ответ на внешнее магнитное поле. Синтезированные наночастицы имеют форму структуры «Core@Shell», которая соединяет магнитострикционное ядро, преобразующее магнитное поле в локальную деформацию, и пьезоэлектрическую оболочку, преобразующую деформацию в электрическое поле.

Путем интеграции МЭНов в биоразлагаемые электропряденые материалы. Используя нановолокна (НФ), команда создала похожий на бумагу биоразлагаемый пористый беспроводной электростимулятор. Эксперименты in vitro продемонстрировали способность материала обеспечивать беспроводную электростимуляцию и одновременно стимулировать активность нейронов.

«Разработанный материал предлагает индивидуальные варианты лечения с учетом индивидуальных потребностей и физических характеристик, упрощая процессы лечения, повышая гибкость и универсальность в клинических применениях на основе электростимуляции», — говорит постдокторант и первый автор Джун Кю Чхве.

Изготовленный материал такой же гибкий и легкий, как бумага. Его можно плотно прикрепить к сложным поверхностям, например, к изогнутой поверхности моделей человеческого мозга. Примечательно, что его также можно разрезать на произвольные формы и масштабы, сохраняя при этом свои функции.

Кроме того, он продемонстрировал исключительную гибкость, достаточную для изготовления цилиндрического нервного проводника для регенерации нервов с продемонстрированным радиусом изгиба 400. µм.

Гибкая, биоразлагаемая и беспроводная магнитоэлектрическая бумага для простой персонализации биоэлектрических имплантатов на месте

Схематические изображения, показывающие программирование макроструктуры биоэлектронной бумаги MEN-NF. Источник: Дополнительные материалы (2024 г.). DOI: 10.1002/adma.202311154

По мнению исследовательской группы: «Эта работа представляет собой многообещающую стратегию разработки гибких и биоразлагаемых беспроводных биоэлектронных имплантатов, которые можно легко адаптировать к различным клиническим и физическим обстоятельствам».

< р>«Сочетание наноразмерных магнитоэлектрических и биоразлагаемых волокнистых материалов дает преимущества перед традиционными беспроводными электронными устройствами системного уровня, которые основаны на сложной сборке громоздких компонентов, конструкция которых не может быть изменена после изготовления».

Профессор Ким заявил: « биоэлектронная бумага, в принципе, может быть просто адаптирована к размерам органов в несколько десятков сантиметров или миниатюризирована до субмикронных масштабов для малоинвазивных операций, поскольку магнитоэлектричество или микроструктура не зависят от ее масштаба.

«В целом, наша биоэлектронная бумага с простым и широким применением может открыть новую схему создания минимально инвазивных и биоразлагаемых беспроводных биоэлектронных имплантатов».

Дополнительная информация: Джун Кю Чо и др., Гибкая, биоразлагаемая и беспроводная магнитоэлектрическая бумага для простой персонализации биоэлектрических имплантатов на месте, Усовершенствованные материалы (2024 г., DOI: 10.1002/adma.202311154

).
Информация журнала: Дополнительные материалы

Предоставлено Ульсанским национальным институтом науки и технологий

Новости сегодня

Последние новости