En medio de los importantes avances que se están logrando en la atención médica, los investigadores también están descubriendo que la adopción de enfoques individualizados puede mejorar aún más la eficacia de estos tratamientos. Como resultado, los médicos requieren enfoques que puedan monitorear continuamente las señales fisiológicas, así como personalizar la administración receptiva de la terapia.
Los dispositivos bioelectrónicos implantables desempeñan un papel vital en tales tratamientos, aunque su adopción generalizada se ha visto obstaculizada por varios desafíos, como la necesidad de componentes especializados para la adquisición, el procesamiento, la transmisión de datos y la alimentación de señales.
Hasta ahora, el desarrollo de un dispositivo implantable con tales capacidades ha implicado el uso de varios componentes rígidos y no biocompatibles que pueden provocar la alteración del tejido y la incomodidad del paciente. Dichos dispositivos deben ser biocompatibles, flexibles,
Investigadores de Columbia Engineering (Nueva York, NY, EUA) ahora han desarrollado el primer dispositivo bioelectrónico completamente orgánico, conformable e independiente que es capaz de adquirir y transmitir señales cerebrales neurofisiológicas, además de proporcionar la energía requerida para su funcionamiento.
Aproximadamente 100 veces más pequeño que un cabello humano, el dispositivo está construido sobre una arquitectura de transistor orgánico que integra un canal vertical y un conducto de agua miniaturizado con estabilidad a largo plazo, alto rendimiento eléctrico y operación de bajo voltaje para evitar cualquier daño al tejido biológico.
Los investigadores y los médicos eran muy conscientes de la necesidad de transistores que presentaran simultáneamente bajo voltaje de operación, biocompatibilidad, estabilidad de rendimiento, adaptabilidad para la operación in vivo; y alto rendimiento eléctrico, incluyendo respuesta temporal rápida, alta transconductancia y operación sin diafonía.
A pesar de que los transistores basados en silicio son las tecnologías más establecidas, no son una solución perfecta debido a sus propiedades duras y rígidas y su incapacidad para establecer una interfaz iónica altamente eficiente con el cuerpo.
Para hacer frente a estos desafíos, los investigadores introdujeron una arquitectura IGT (transistor electroquímico orgánico activado por iones internos) escalable, autónoma y submicrónica, la vIGT.
El equipo incorporó una disposición de canales verticales que aumenta la velocidad intrínseca de la arquitectura IGT al optimizar la geometría del canal y permitir una disposición de alta densidad de transistores uno al lado del otro: 155 000 transistores por centímetro cuadrado. Los vIGT están hechos de materiales biocompatibles disponibles en el mercado que no necesitan encapsulación en ambientes biológicos y no se ven afectados por la exposición al agua o iones.
El material compuesto del canal se puede fabricar de forma reproducible en grandes cantidades y es procesable en solución, lo que permite su uso en una amplia gama de procesos de fabricación. Además, son flexibles y compatibles con la integración en una amplia variedad de sustratos plásticos conformables. También ofrecen estabilidad a largo plazo, baja diafonía entre transistores y capacidad de integración de alta densidad, lo que permite la fabricación de circuitos integrados eficientes.
Utilizando técnicas avanzadas de nanofabricación para miniaturizar y densificar estos transistores a escalas submicrométricas, los investigadores aumentaron aún más la velocidad de operación. Para desarrollar la arquitectura, el equipo primero debía desarrollar una comprensión de los desafíos en el diagnóstico y tratamiento de pacientes que padecen trastornos neurológicos como la epilepsia, junto con las metodologías actualmente en uso.
Al combinar la operación de alta velocidad, flexibilidad y bajo voltaje, los transistores se pueden usar para el registro de señales neuronales y la transmisión de datos, así como para alimentar el dispositivo, lo que da como resultado un implante totalmente adaptable.
Usando esta característica, los investigadores demostraron implantes completamente blandos y confirmables que pueden registrar y transmitir actividad neuronal de alta resolución desde el exterior, en la superficie del cerebro, así como desde el interior. en lo profundo del cerebro.
Los investigadores ahora trabajarán con neurocirujanos para validar las capacidades de los implantes basados en vIGT en la sala de operaciones y tendrán como objetivo desarrollar implantes suaves y seguros capaces de detectar e identificar diferentes ondas cerebrales patológicas creadas por trastornos neurológicos.
“Este trabajo potencialmente abrirá una amplia gama de oportunidades de traslación y hará que los implantes médicos sean accesibles para una gran cantidad de pacientes que tradicionalmente no están calificados para dispositivos implantables debido a la complejidad y los altos riesgos de dichos procedimientos”, dijo Jennifer Gelinas, profesora asistente de neurología. , ingeniero eléctrico y biomédico y director del Laboratorio de Epilepsia y Cognición.
