Điện cực mềm, phi kim loại, dẫn điện hiệu quả cho thiết bị cấy ghép thế hệ tiếp theo

Các nhà khoa học MIT đã chế tạo được vật liệu mới, tương tự như gelatin chiết xuất từ collagen của Jell-O, có tính dẫn điện, có thể thay thế kim loại làm các điện cực cho máy tạo nhịp tim truyền thống, cấy ghép ốc tai điện tử và những thiết bị cấy ghép điện tử khác.

Vật liệu mới có thể được chuyển đổi thành mực in 3D in các điện cực, được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng y tế như máy tạo nhịp tim, máy kích thích não sâu. Vật liệu mới đã cho thấy có những khả năng đầy hứa hẹn trong những thử nghiệm ban đầu trên động vật, duy trì sự ổn định, truyền các xung điện hiệu quả, ít gây viêm nhiễm và không để lại sẹo trên mô so với những điện cực kim loại truyền thống.

Trên mạng xã hội, cụm từ “thiết bị cấy ghép điện tử” cho thấy vật liệu mới có thể ứng dụng cho rất nhiều loại thiết bị, từ điện cực cho máy điều hòa nhịp tim truyền thống, thiết bị cấy ghép ốc tai điện tử cho đến những vi mạch não và võng mạc tương lai hơn trong lâm sàng nhằm tăng cường thị lực, điều trị các bệnh thần kinh, chứng trầm cảm và phục hồi khả năng vận động của người bị liệt.

Một số thiết bị cấy ghép cứng và cồng kềnh, nhiều những thiết bị cấy ghép khác mềm và mỏng. Nhưng bất kể hình thức và chức năng của thiết bị, gần như tất cả những thiết bị cấy ghép đều tích hợp những điện cực, các phần tử dẫn điện rất nhỏ gắn trực tiếp vào các mô mục tiêu để kích thích cơ và dây thần kinh bằng xung điện.

Những điện cực cấy ghép chủ yếu được làm từ các kim loại cứng, có tính dẫn điện cao. Nhưng theo thời gian, kim loại có thể làm tổn thương các mô, gây sẹo và viêm, làm giảm hiệu suất hoạt động của thiết bị cấy ghép hoặc phải thực hiện lại cấy ghép và điều trị bổ sung.

Giải quyết những thách thức này, các kỹ sư của MIT phát triển một loại vật liệu mới giống loại vật liệu thực phẩm cho kẹo dẻo của Jell-O, không chứa kim loại, mềm và dai như mô sinh học, có thể dẫn điện như vàng, bạc. Các nhà nghiên cứu MIT đã sử dụng vật liệu chế tạo thành một loại mực in 3D, tạo khuôn mẫu và in thành những điện cực cao su mềm dẻo.

Vật liệu mới là một loại hydrogel polymer dẫn điện hiệu suất cao, trong tương lai có thể thay thế kim loại thành các điện cực trên cơ sở gel chức năng, với hình dáng và cảm giác như mô sinh học.

Vật liệu mới là một loại hydrogel polymer dẫn điện hiệu suất cao, có thể thay thế kim loại chế tạo điện cực cho các thiết bị cấy ghép y tế. Ảnh: Felice Frankel

TS Hyunwoo Yuk từ Khoa cơ khí chính xác thuộc MIT, đồng sáng lập SanaHeal, một công ty khởi nghiệp về thiết bị y tế cho biết: “Vật liệu mới hoạt động tương tự như các điện cực kim loại nhưng được làm từ gel tương tự như cấu tạo vật chất cơ thể con người, có hàm lượng nước tương tự. Vật liệu mới tương tự như mô hoặc dây thần kinh nhân tạo”.

Ông Xuanhe Zhao, GS kỹ thuật cơ khí, kỹ thuật dân dụng và môi trường của MIT cho biết thêm: “Chúng tôi tin rằng đây là lần đầu tiên chúng ta tạo ra một điện cực giống như thạch dẻo, chắc chắn, có khả năng thay thế kim loại để kích thích các dây thần kinh và cấy ghép các điện cực với tim, não và những cơ quan khác trong cơ thể”.

Nhóm nghiên cứu của MIT và những nhà khoa học từ các tổ chức khác đã công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Nature Materials. Các đồng tác giả của nghiên cứu bao gồm tác giả đầu tiên, TS Tao Zhou của MIT, hiện là PGS tại Đại học Bang Penn, các nhà khoa học thuộc Đại học Sư phạm Khoa học và Công nghệ Giang Tây, Đại học Giao thông Thượng Hải.

Theo Scitech Daily