Блог

Apr 21, 2023

Инженер

Исследователи из Южной Кореи разработали на основе графена

Исследователи из Южной Кореи разработали проводящие гидрогели на основе графена, обладающие инъецируемостью и настраиваемой способностью к разложению. Это достижение, как утверждается, будет способствовать проектированию и разработке современных имплантируемых биоэлектродов.

Имплантируемые биоэлектроды — это электронные устройства, которые могут контролировать или стимулировать биологическую активность путем передачи сигналов к живым биологическим системам и от них. Такие устройства могут быть изготовлены с использованием различных материалов и технологий, и выбор материала, подходящего по характеристикам и биосовместимости, имеет решающее значение. На сегодняшний день традиционные биоэлектроды на основе металлов связаны с болезненным разрезом, воспалением тканей, неэффективной передачей сигнала и неконтролируемой стабильностью в живых биологических системах.

БОЛЬШЕ ОТ МЕДИЦИНЫ И ЗДРАВООХРАНЕНИЯ

Проводящие гидрогели завоевали популярность благодаря своей гибкости, совместимости и превосходной способности к взаимодействию, но отсутствие инъецируемости и разлагаемости ограничивает удобство их использования и эффективность в биологических системах.

Теперь команда под руководством профессора Джэ Ён Ли из Института науки и технологий Кванджу (GIST) разработала инъекционные проводящие гидрогели (ICH) на основе графена, которые решают эти проблемы. Выводы команды подробно описаны в Small.

В своем заявлении профессор Ли сказал: «Традиционные имплантируемые электроды часто вызывают ряд проблем, таких как большой разрез для имплантации и неконтролируемая стабильность в организме. Напротив, проводящие гидрогелевые материалы позволяют минимально инвазивную доставку и контроль над функциональной продолжительностью жизни биоэлектрода in vivo и поэтому очень желательны».

Чтобы синтезировать ICH, исследователи использовали восстановленный оксид графена с тиоловой функциональностью (F-rGO) в качестве проводящего компонента из-за его большой площади поверхности и желаемых электрических и механических свойств. Они выбрали полиэтиленгликоль, функционализированный дималеимидом (PEG-2Mal) и диакрилатом (PEG-2Ac), в качестве преполимеров, чтобы облегчить разработку ICH, которые являются стабильными и гидролизуемыми соответственно. Эти форполимеры затем подвергали тиол-еновым реакциям с полиэтиленгликоль-тетратиолом (ПЭГ-4SH) и F-rGO.

Согласно GIST, ICH, полученные с помощью PEG-2Ac, были разлагаемыми (DICH), а ICH с PEG-2Mal были стабильными (SICH). Исследователи обнаружили, что новые ICH превосходят существующие, хорошо связываясь с тканями и записывая самые высокие сигналы. В условиях in vitro SICH не разлагался в течение месяца, тогда как DICH демонстрировал постепенную деградацию, начиная с третьего дня.

При имплантации на кожу мыши DICH исчезал через три дня введения, тогда как SICH сохранял свою форму до семи дней. Помимо контролируемой разлагаемости, оба ICH были совместимы с кожей.

Кроме того, команда оценила способность ICH записывать сигналы электромиографии in vivo в мышцах и коже крыс. Сообщается, что и SICH, и DICH записывают сигналы высокого качества и превосходят по производительности традиционные металлические электроды.

Записи SICH можно было отслеживать до трех недель, тогда как сигналы DICH полностью терялись через пять дней. Эти результаты предполагают применимость электродов SICH для долгосрочного мониторинга сигнала и электродов DICH для временного использования, не требующего хирургического удаления.

«Новые электроды ICH на основе графена, разработанные нами, обладают такими характеристиками, как высокая чувствительность сигнала, простота использования, минимальная инвазивность и настраиваемая способность к разложению», — сказал профессор Ли. «В целом эти свойства могут помочь в разработке современной биоэлектроники и функциональных имплантируемых биоэлектродов для лечения различных заболеваний, таких как нервно-мышечные заболевания и неврологические расстройства».