Se produce un electrodo plástico flexible usando aditivo para sopa

Ingenieros de Stanford han desarrollado un electrodo de plástico que se extiende como el caucho pero que transporta electricidad como alambres, un paso clave para los interfaces cerebrales

El cerebro es blando y la electrónica rígida, lo que puede hacer que la combinación de ambos sea desafiante, como cuando los neurocientíficos implantan electrodos para medir la actividad cerebral y administran leves sacudidas de electricidad para el alivio del dolor u otros fines.

El ingeniero químico 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 opere casi como una segunda piel. En el camino, el equipo ha comenzado a centrarse en la fabricación de plásticos frágiles que pueden conducir a una electricidad más elástica.

Ahora en Science Advances, el equipo de Bao describe cómo tomaron un plástico quebradizo y lo modificaron químicamente --con un aditivo usado para espesar la sopa en cocinas industriales-- para que fuera tan flexible como una banda de goma, mientras que aumentaba ligeramente su conductividad eléctrica. El resultado es un electrodo flexible que es compatible con nuestros nervios flexibles y sensibles.

"Este electrodo flexible abre muchas posibilidades nuevas y excitantes en el futuro para las interfaces cerebrales y otros dispositivos electrónicos implantables", dijo Bao, un profesor de ingeniería química.

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 interactúan con el cuerpo humano.

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 en contacto con el cuerpo humano. Pero este plástico tenía un defecto: era muy frágil. Estirándolo hasta el 5 por ciento se rompería.

Mientras Bao y su equipo trataban de preservar la conductividad mientras aportaban flexibilidad, trabajaron con científicos del Laboratorio Nacional de Aceleración SLAC para usar un tipo especial de rayos X para estudiar este material a nivel molecular. Todos los plásticos son polímeros; Es decir, cadenas de moléculas unidas como cuentas. El plástico en este experimento estaba hecho realmente de dos polímeros diferentes que fueron herméticamente enrollados juntos. Uno era el conductor eléctrico. El otro polímero era esencial para el proceso de fabricación del plástico. Cuando estos dos polímeros se combinaron, el resultado fue un plástico que era como una cadena de estructuras quebradizas, esféricas. Era conductivo, pero no flexible.

Los investigadores plantearon la hipótesis de que si pudieran encontrar el aditivo molecular adecuado para separar estos dos polímeros herméticamente cerrados, podrían evitar esta cristalización y dar al plástico más estiramiento. Pero tenían que ser cuidadosos: añadir material a un conductor normalmente debilita su capacidad de transmitir señales eléctricas.

Después de probar más de 20 diferentes aditivos moleculares, finalmente encontraron uno que hizo el truco. Era una molécula similar al tipo de aditivos utilizados para espesar las sopas en las cocinas industriales. Este aditivo transformó la estructura molecular gruesa y frágil del plástico en un patrón de red con agujeros en las hebras para permitir que el material se estire y se deforme. Cuando probaron la elasticidad de su nuevo material, estaban encantados de encontrar que se volvía un poco más conductivo cuando se estiraba hasta el doble de su longitud original. El plástico permaneció muy conductivo incluso cuando se extendía el 800 por ciento de su longitud original.

"Pensamos que si añadimos material aislante, obtendremos una conductividad muy pobre, especialmente cuando añadimos mucho", dijo Bao. Pero gracias a su comprensión precisa de cómo afinar el montaje molecular, los investigadores obtuvieron lo mejor de ambos mundos: la conductividad más alta posible para el plástico mientras que al mismo tiempo lo transforman en una sustancia muy robusta y elástica.