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Apr 21, 2023

エンジニア

Ricercatori coreani sviluppano materiale a base di grafene

韓国の研究者らは、注入可能性と調整可能な分解性を備えたグラフェンベースの導電性ヒドロゲルを開発し、これは高度な移植可能な生体電極の設計と開発を促進すると主張されている。

埋め込み型生体電極は、生きた生物学的システムとの間で信号を伝達することによって、生物学的活動を監視または刺激できる電子デバイスです。 このようなデバイスはさまざまな材料と技術を使用して製造でき、性能と生体適合性を考慮して適切な材料を選択することが重要です。 現在までのところ、従来の金属ベースの生体電極は、痛みを伴う切開、組織の炎症、非効率的なシグナル伝達、生きた生物学的システムにおける制御不能な安定性を引き起こしています。

医療とヘルスケアの詳細

導電性ヒドロゲルは、その柔軟性、適合性、優れた相互作用能力により注目を集めていますが、注入性や分解性がないため、生体系での使用の利便性や性能が制限されてきました。

今回、光州科学技術大学（GIST）のJae Young Lee教授が率いるチームは、これらの課題を克服するグラフェンベースの注入可能な導電性ヒドロゲル（ICH）を開発した。 チームの発見はSmallで詳しく説明されています。

Lee教授は声明の中で、「従来の埋め込み型電極は、埋め込みのための大きな切開や体内での制御不能な安定性など、いくつかの問題を引き起こすことがよくある。対照的に、導電性ヒドロゲル材料は、低侵襲性の送達と、生体電極の機能的な生体内寿命と制御を可能にする」と述べた。したがって、非常に望まれています。」

ICH を合成するために、研究者らは、表面積が大きく、電気的および機械的特性が望ましいため、チオール官能基化還元酸化グラフェン (F-rGO) を導電性成分として使用しました。 彼らは、それぞれ安定で加水分解可能な ICH の開発を促進するプレポリマーとして、ジマレイミド (PEG-2Mal) およびジアクリレート (PEG-2Ac) 官能化ポリエチレングリコールを選択しました。 次に、これらのプレポリマーをポリ (エチレングリコール)-テトラチオール (PEG-4SH) および F-rGO とチオール-エン反応させました。

GIST によれば、PEG-2Ac で作成された ICH は分解性 (DICH) であるのに対し、PEG-2Mal で作成された ICH は安定でした (SICH)。 研究者らは、新規の ICH が組織によく結合し、最高のシグナルを記録することにより、既存の ICH よりも優れた性能を発揮することを発見しました。 インビトロ条件下では、SICH は 1 か月間分解されませんでしたが、DICH は 3 日目以降徐々に分解を示しました。

マウスの皮膚に移植すると、DICH は投与後 3 日後に消失しましたが、SICH は最長 7 日間その形状を保持しました。 制御された分解性に加えて、両方の ICH は皮膚適合性がありました。

さらに、研究チームは、ラットの筋肉と皮膚の生体内筋電図信号を記録する ICH の能力を評価しました。 SICHとDICHはどちらも高品質の信号を記録し、従来の金属電極の性能を超えていると言われています。

SICH 記録は最大 3 週間監視できましたが、DICH 信号は 5 日後に完全に失われました。 これらの所見は、長期間の信号モニタリングには SICH 電極が適用可能であり、外科的除去を必要としない一時的な使用には DICH 電極が適用可能であることを示唆しています。

「当社が開発した新しいグラフェンベースのICH電極には、高い信号感度、使いやすさ、最小限の侵襲性、調整可能な分解性などの特徴が組み込まれています」とリー教授は述べた。 「総合すると、これらの特性は、神経筋疾患や神経障害などのさまざまな病状に対する高度なバイオエレクトロニクスや機能的な移植可能な生体電極の開発に役立ちます。」