Investigadores de HKUST son pioneros en la técnica de autoconocimiento

Sep 01, 2023

Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong

Imagen: Fabricación de películas nanocristalinas piezoeléctricas de β-glicina y el mecanismo de autoensamblaje activo mediante nanoconfinamiento sinérgico y polarización in situ.ver más

Crédito: HKUST

Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) ha desarrollado una técnica novedosa para autoensamblar una capa delgada de aminoácidos con orientación ordenada sobre un área grande que demuestra una alta resistencia piezoeléctrica, haciendo que la fabricación de aminoácidos sea biocompatible y microdispositivos médicos biodegradables, como marcapasos y biosensores implantables, en un futuro próximo posible.

La generación de bioelectricidad a partir del efecto piezoeléctrico (conversión reversible entre energía mecánica y eléctrica) tiene importancia fisiológica en los sistemas vivos. Las cargas piezoeléctricas generadas por la tibia humana al caminar estimulan la remodelación y el crecimiento óseo. Además, el potencial piezoeléctrico en los pulmones generado durante la respiración podría ayudar a unir el oxígeno a la hemoglobina.

Actualmente, la mayoría de los materiales piezoeléctricos son rígidos, quebradizos y algunos de ellos incluso contienen materiales tóxicos como plomo y cuarzo, lo que los hace inadecuados para su implantación en el cuerpo humano. Los biomateriales piezoeléctricos, como los aminoácidos, son alternativas prometedoras, ya que exhiben naturalmente biocompatibilidad, confiabilidad y sostenibilidad. Sin embargo, se ha demostrado que manipular biomoléculas a escala con una orientación alineada para que funcionen correctamente es difícil y sigue siendo un desafío académico internacional durante 80 años.

Para abordar este desafío de larga data, un equipo dirigido por el Prof. Zhengbao YANG, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de HKUST, desarrolló recientemente una estrategia activa de autoensamblaje para adaptar películas delgadas de biomateriales piezoeléctricos mediante nanoconfinamiento sinérgico y in situ. polarización (ver Figura). Permite que las biomoléculas se autoensamblen en un área muy grande con la misma orientación. Más importante aún, basándose en esta novedosa técnica, el equipo descubrió que las películas de un tipo de aminoácido, la β-glicina, exhiben un coeficiente de tensión piezoeléctrica mejorado de 11,2 pmV-1, que es el más alto en comparación con otras películas biomoleculares.

Sus películas biomoleculares piezoeléctricas autoensambladas son capaces de producir señales eléctricas a partir del estrés mecánico producido por el estiramiento de los músculos, la respiración, el flujo sanguíneo y los pequeños movimientos corporales. Sin necesidad de pilas, simplemente se disolverán en el cuerpo cuando se complete su misión.

El profesor Yang dijo: “Nuestro estudio muestra una respuesta piezoeléctrica uniformemente alta y una termoestabilidad excelente en todas las películas de β-glicina. El excelente rendimiento de salida, la biocompatibilidad natural y la biodegradabilidad de las películas nanocristalinas de β-glicina tienen implicaciones prácticas para aplicaciones electromecánicas biológicas transitorias de alto rendimiento, como biosensores implantables, fuentes de alimentación de carga inalámbrica para electrónica bioabsorbible, chips inteligentes y otros fines de ingeniería biomédica. .”

El equipo continuará examinando formas de mejorar la flexibilidad de la película para que coincida con los tejidos biológicos y lograr una producción en masa de bajo costo de películas piezoeléctricas bioabsorbibles. También buscan realizar experimentos en animales para demostrar aplicaciones biomédicas in vivo.

Este estudio es un trabajo colaborativo con la City University de Hong Kong y la Universidad de Wollongong en Australia. Los hallazgos de la investigación se publicaron recientemente en Nature Communications.

Naturaleza

10.1038/s41467-023-39692-y

Estudio experimental

No aplica

Autoensamblaje activo de películas biomoleculares piezoeléctricas mediante nanoconfinamiento sinérgico y polarización in situ

11-jul-2023

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