¡FENOMENAL! Ingenieros desarrollan un electrodo plástico que se estira como goma y conduce electricidad como alambre.

Si el cerebro es blando y la electrónica es tiesa, lo que puede hacer que la combinación de los dos sea un reto, como cuando los neurólogos implantan electrodos para medir la actividad cerebral y tal vez ofrecer pequeños golpes de electricidad para  alivio del dolor u otros fines.

Un patrón de electrodo impreso del nuevo polímero estirado a varias veces de su longitud original (arriba) y un parche transparente, altamente elástico de "piel electrónica" que forma una interfaz íntima con la piel humana para medir potencialmente diversos biomarcadores (parte inferior). Crédito: Bao Lab

La ingeniera Química Zhenan Bao está tratando de cambiar eso. Durante más de una década, su laboratorio ha estado trabajando para hacer la electrónica suave y flexible para que se sienta y funcione casi como una segunda piel. En el camino, el equipo ha comenzado a centrarse en la fabricación de plásticos quebradizos que pueden conducir la electricidad más elástica.

Ahora en Sciences Advances, el equipo de Bao describe cómo tomaron un plástico quebradizo y lo modificaron químicamente para que sea tan flexible como una goma, al tiempo que mejora ligeramente su conductividad eléctrica. El resultado es un electrodo suave y flexible que sea compatible con nuestros nervios flexibles y sensibles.

"Este electrodo flexible abre muchas posibilidades nuevas y excitantes por el camino para interfaces electrónicas cerebro  implantables,", dijo Bao, una profesora de ingeniería química. "Aquí tenemos un nuevo material con un rendimiento eléctrico y alta elasticidad".

El material sigue siendo un prototipo de laboratorio, pero el equipo espera desarrollarlo como parte de su enfoque a largo plazo en la creación de materiales flexibles que interactúen con el cuerpo humano.

Interfaz flexible

Los electrodos son fundamentales para la electrónica. Para conducir electricidad, estos cables llevan hacia adelante y hacia atrás señales que permiten que los diferentes componentes en un dispositivo trabajen juntos. En nuestro cerebro, las fibras filiformes especiales llamadas axones juegan un papel similar, la transmisión de impulsos eléctricos entre las neuronas. El plástico estirable de Bao está diseñado para hacer una conexión más fluida entre el duro mundo de la electrónica y los electrodos orgánicos flexibles en nuestros cuerpos.

"Una cosa sobre el cerebro humano que mucha gente no sabe es que cambia el volumen durante todo el día," dice el investigador postdoctoral Yue Wang, el primer autor en el papel. "Se hincha y se deshace". La actual generación de implantes electrónicos no puede estirarse y contraerse con el cerebro y hace complicado  mantener una buena conexión.

"Si tenemos un electrodo con una suavidad similar como el cerebro, se forma una interfaz mejor," dijo Wang.

Para crear este electrodo flexible, los investigadores comenzaron con un plástico que tenía dos cualidades esenciales: alta conductividad y biocompatibilidad, lo que significa que podría ponerse con seguridad en el contacto con el cuerpo humano. Pero este plástico tenía un defecto: era muy frágil. Si se estira hasta 5 por ciento se rompería.

Herida y frágil

Como Bao y su equipo intentaron preservar la conductividad añadiendo flexibilidad, trabajaron con científicos en el laboratorio acelerador nacional SLAC para usar un tipo especial de radiografía para el estudio de este material a nivel molecular. Todos los plásticos son polímeros; es decir, cadenas de moléculas ensartadas como cuentas. El plástico en este experimento fue formado por dos polímeros diferentes que fueron firmemente juntados. Uno fue el conductor eléctrico. El otro polímero era esencial para el proceso de elaboración del plástico. Cuando estos dos polímeros fueron combinados crearon un plástico que es como una cadena de estructuras frágiles, como de la esfera. Fue conductor, pero no flexible.

Los investigadores plantearon la hipótesis de que si podían encontrar el aditivo correcto molecular para separar estos dos polímeros estrechamente cerrados, podrían prevenir esta cristalización y darle al plástico más estiramiento. Pero tenían que tener cuidado, añadiendo material a un conductor generalmente debilita su capacidad para transmitir señales eléctricas.

Después de probar más de 20 diferentes aditivos moleculares, finalmente encontraron uno que hizo el truco. Es una molécula similar al tipo de aditivos utilizados para espesar sopas en cocinas industriales. Este aditivo transformó la  estructura molecular gruesa y frágil del plástico en un patrón de rejilla con agujeros en las hebras para permitir que el material se estire y deforme. Cuando probaron la elasticidad de su nuevo material, estaban encantados de encontrar que se convirtió en un poco más conductor cuando se extendió hasta dos veces su longitud original. El plástico seguía siendo muy conductor incluso cuando se estiró 800% su longitud original.

"Pensamos que si añadimos material aislante, recibiríamos conductividad muy pobre, sobre todo cuando hemos añadido mucho,", dijo Bao. Pero gracias a su entendimiento preciso de cómo afinar el montaje molecular, los investigadores tienen lo mejor de ambos mundos: la más alta conductividad posible para el plástico y al mismo tiempo transformándolo en una sustancia muy resistente y elástica.

"Al entender  la interacción a nivel molecular, podemos desarrollar electrónica que es suave y elástica como la piel, sin dejar de ser conductora, dice Wang.