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25 Mayo 2023

Uniones iónicas transitorias resistentes impresas con microgeles

Endurecieron la matriz de hidrogel y promovieron la adhesión entre diferentes unidades iónicas, mejorando así sustancialmente el rendimiento mecánico alcanzando una alta capacidad de estiramiento, tenacidad a la fractura (1204 J m-2) e interfacial (579 J m-2). 

Las uniones eléctricas p-n son componentes básicos de diversos dispositivos electrónicos, como diodos, transistores, diodos emisores de luz, células solares y circuitos integrados. Su uso generalizado y las aplicaciones emergentes de interfaces hombre-máquina han suscitado preocupación por la sostenibilidad y la fabricación. Con 74 millones de toneladas de residuos electrónicos previstos para 2030 y los retos medioambientales asociados, para paliar esta crisis medioambiental se necesita una electrónica transitoria que pueda degradarse y ser recuperada por la naturaleza. Como las uniones eléctricas convencionales están hechas de materiales semiconductores, son intrínsecamente rígidas y difíciles de degradar. Es inevitable un diseño sofisticado y un procesamiento complejo para hacerlas blandas y que se ajusten a la mecánica de los tejidos biológicos, y degradables para evitar cirugías secundarias y reducir la huella medioambiental. Estos enfoques suelen llevar mucho tiempo y están ligados a procesos estrictos y entornos de fabricación caros.

Investigadores de la Universidad McGill, Canadá están explorando una nueva técnica que utiliza la impresión 3D y los hidrogeles. Tiene el potencial no solo de mejorar los implantes biomédicos, sino que también podría ser útil en el desarrollo de interfaces hombre-máquina como pantallas táctiles e implantes neuronales. Los dispositivos biomédicos que se implantan en el cuerpo humano, como marcapasos o sensores de presión arterial, deben fabricarse de forma que se ajusten, adhieran y luego se disuelvan en el momento adecuado.

Los investigadores afirman que esta tecnología emergente, denominada ionotrónica blanda, tiene potencial para mejorar los dispositivos biomédicos vestibles e implantables. Por ejemplo, los pacientes de rehabilitación neuromuscular podrían beneficiarse de sensores de tensión y presión blandos y elásticos que pudieran adherirse a sus articulaciones. .

En comparación con los métodos tradicionales de fabricación manual, las uniones iónicas impresas en 3D pueden tener una fidelidad de forma mucho mayor y tamaños más pequeños. La fidelidad de la forma es importante para que cualquier dispositivo funcione tal y como está diseñado. El menor tamaño permite incluir más uniones iónicas en un único dispositivo de tamaño limitado.

La combinación de microgeles de agarosa, reticulantes hidrolizables y polielectrolito degradable permite que el dispositivo se degrade en una semana para lograr una estabilidad transitoria. Debido a los biopolímeros de alta densidad de carga como CS y QC, las uniones iónicas también alcanzaron una relación de rectificación extremadamente alta de 123 a ±4,5 V, superando a los diodos iónicos de hidrogel de los que se había informado anteriormente. La formación de un IDL y el proceso de rectificación faradaica de las uniones iónicas fueron confirmados y analizados cuantitativamente con modelos de circuito equivalente utilizando datos EIS. 

Fuente bibliográfica

DOI: 10.1002/adfm.202213677

Ciencia y Medicina

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