Piel electrónica extensible

Los bioingenieros esperan poder ayudar a pacientes paralizados fusionando la electrónica y el nervio o tejido cerebral. Pero se enfrentan a un desafío de materiales: el tejido vivo y la microelectrónica, no podría ser más diferente. La mayoría de los tejidos son suaves, mientras que los semiconductores y los metales utilizados en la electrónica son frágiles y rígidos. Como resultado, la implantación electrónica puede irritar y dañar el tejido circundante. Es precisamente esta diferencia material que Stéphanie Lacour está tratando de superar.

Como investigadora postdoctoral en la Universidad de Princeton, Lacour ha fabricado tiras finas de oro en los sustratos de goma elástica que pueden estirarse como una goma sin perder la conductividad eléctrica. El grupo de Princeton, liderado por el profesor de ingeniería eléctrica de Sigurd Wagner, utilizan estas tiras como el inicio de los primeros circuitos integrados extensibles. Conectando pequeñas islas de semiconductores rígidos convencionales con las tiras de oro, los investigadores construyeron simples dispositivos electrónicos que aún funcionaban después de repetidos estiramientos. Si bien estos circuitos se componen de unos pocos transistores, han demostrado una forma en la que los ingenieros pueden hacer cualquier cosa, incluso muestras de piel electrónica extremadamente flexibles para robots.

Pero las potenciales aplicaciones en biología y medicina, dice Lacour, "son realmente emocionantes". Ahora, como líder de proyecto de investigación en la Universidad de Cambridge en Inglaterra, ella dirige un equipo cuyo objetivo es crear implantes que los cirujanos puedan utilizar para reparar los nervios seccionados de una lesión.

Yo pienso, dice Lacour, que el éxito de crear la piel electrónica es que se podría cubrir las prótesis. Eventualmente, los componentes electrónicos podrían ser conectados directamente a los nervios de una persona, proporcionando un control mental sobre la prótesis y, a través de una red de sensores, las "sensaciones" de la extremidad. Cualquier aplicación que requiera una interfaz electrónica con el sistema nervioso podría utilizar electrodos extensibles, dice Barclay Morrison, profesor de ingeniería biomédica de la Universidad de Columbia. Por ejemplo, neuro-ingenieros están desarrollando micro electrodos que los neurocirujanos han empezado a implantar en los pacientes cuadrapléjicos que les permita el control de un cursor de ordenador o los brazos robóticos con la mente. Pero los electrodos metálicos convencionales son 100 millones de veces más rígidos que el tejido cerebral. "Realmente es una implantación de agujas muy rígida en el cerebro", dice Morrison. Los electrodos de Lacour son mucho más parecidos a la elasticidad del tejido cerebral, reduciendo potencialmente la posibilidad de daños.

Morrison ha comenzado a utilizar los electrodos de metal extensible Lacour en los experimentos para estudiar las lesiones cerebrales. El estiramiento del tejido cerebral durante un accidente puede desencadenar una cadena de eventos celulares que conducen a la muerte de las neuronas días después del accidente.
El experimento de Morrison recrea las lesiones por estiramiento violento de porciones delgadas de tejido cerebral. Los electrodos elásticos de Lacour se pueden extender con el tejido, permitiendo la grabación en tiempo real de los cambios en la actividad eléctrica de las neuronas.

Sin embargo, dice Wagner de Princeton, el campo de la microelectrónica está en su infancia en lo que se refiere a la elásticidad. Será por lo menos en una década, predice, antes de que la tecnología está disponible para su uso en productos de consumo como pantallas flexibles.

Pero por ahora, son bioingenieros están felices de tener una forma de salvar la brecha material entre el tejido y la electrónica. Un material que puede extenderse a dos veces su tamaño y aún así ser conductor "es insólito", dice Morrison. "Es increíble".

Autor:David Rotman