Creación de la próxima generación de robótica biocompatible
Los robots convencionales consisten en piezas rígidas que son incompatibles con los tejidos biológicos y que contienen materiales tóxicos. El paso de la ingeniería tradicional a la robótica blanda necesita materiales biocompatibles novedosos, lo cual plantea un reto tecnológico importante. Tales materiales tienen potencial para influir en nuestras vidas cotidianas con aplicaciones en dispositivos biomédicos, prótesis y dispositivos electrónicos ponibles.
Materiales inteligentes biocompatibles
El proyecto BIOACT tenía por objeto desarrollar unos transductores blandos que puedan emplearse en dispositivos biomédicos inteligentes. La investigación se llevó a cabo con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA) y consistió en el uso de polímeros electroactivos iónicos (IEAP, por sus siglas en inglés). Los IEAP son materiales inteligentes que presentan un cambio de tamaño o forma como respuesta a señales eléctricas. Normalmente, consisten en una membrana microporosa permeable a los iones que se coloca entre dos electrodos. El sistema se satura con un electrolito líquido iónico y los IEAP funcionan transduciendo la corriente eléctrica en deformación mecánica cuando los iones del electrolito son transportados a su interior. «Para conseguir IEAP biocompatibles, todos los componentes deben tener una baja toxicidad y ser seguros de usar», explica Kaija Põhako-Esko, beneficiaria de una beca de investigación MSCA. BIOACT se centró en los polímeros conductores, ya que estos son los que presentan un mayor potencial para aplicaciones médicas. Los investigadores del proyecto querían encontrar la combinación óptima de materiales para conseguir seguridad sin hacer peligrar el rendimiento de los IEAP. Con este objetivo, desarrollaron y caracterizaron por completo líquidos iónicos a base de colina, que se ha establecido que tienen una baja toxicidad en varios organismos vivos puesto que la colina es un nutriente esencial. Para preparar accionadores biocompatibles, combinaron estos líquidos iónicos de colina con electrodos de polipirrol y membranas de biopolímeros. Probaron el rendimiento de estos nuevos materiales y determinaron que eran (comparables) con el de materiales electroactivos de referencia que contienen líquidos iónicos comerciales más bien tóxicos.
Ventajas y perspectivas de los IEAP
Entre las ventajas de los IEAP figuran su estructura sencilla y suave que imita a la mecánica de los tejidos biológicos. Estos funcionan con bajas tensiones y pueden miniaturizarse para su uso en numerosas aplicaciones biomédicas. Además, la activación de IEAP es un proceso impulsado por iones similar a los que se encuentran en el cuerpo humano. BIOACT ha conseguido preparar accionadores de IEAP biológicamente benignos que funcionan en las condiciones de temperatura y pH del cuerpo humano. «Aunque demostramos que los líquidos iónicos de colina biológicamente inocuos pueden utilizarse como electrolitos en los accionadores de IEAP, la investigación seguirá probando mezclas de líquidos iónicos y líquidos iónicos farmacéuticos activos», destaca Põhako-Esko. La mezcla de distintos líquidos iónicos facilita la regulación de sus propiedades, las cuales influyen en el rendimiento de los accionadores. Además, el uso de componentes farmacéuticos activos permitirá desarrollar materiales multifuncionales para sistemas de liberación de fármacos. Para facilitar este proceso y ayudar a diseñar líquidos iónicos con propiedades específicas, el equipo de BIOACT desarrolló un método informático que puede predecir las características de los líquidos iónicos y reducir así la carga experimental. En conjunto, BIOACT abre nuevas oportunidades en la ingeniería médica de dispositivos multifuncionales biocompatibles a través de sus IEAP innovadores. Se espera que estos materiales inteligentes satisfagan las necesidades de un creciente envejecimiento demográfico en términos de dispositivos de asistencia a la marcha, implantes cocleares y catéteres inteligentes.
Palabras clave
BIOACT, IEAP, líquido iónico, biocompatible, accionador, colina, aplicación biomédica, transductor, polímeros electroactivos iónicos
