Pesquisadores da HKUST são pioneiros na técnica para si mesmos

Sep 01, 2023

Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong

imagem: Fabricação de filmes nanocristalinos piezoelétricos de β-glicina e o mecanismo ativo de automontagem via nanoconfinamento sinérgico e poling in-situ.Veja mais

Crédito: HKUST

Uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong (HKUST) desenvolveu uma nova técnica para automontar uma fina camada de aminoácidos com orientação ordenada sobre uma grande área que demonstra alta resistência piezoelétrica, tornando a fabricação de biocompatíveis e microdispositivos médicos biodegradáveis, como marca-passos e biossensores implantáveis, serão possíveis num futuro próximo.

A geração de bioeletricidade a partir do efeito piezoelétrico – conversão reversível entre energias mecânicas e elétricas – tem significado fisiológico nos sistemas vivos. Cargas piezoelétricas geradas pela tíbia humana durante a caminhada aumentam a remodelação e o crescimento ósseo. Além disso, o potencial piezoelétrico nos pulmões gerado durante a respiração poderia ajudar na ligação do oxigênio à hemoglobina.

Atualmente, a maioria dos materiais piezoelétricos são rígidos, quebradiços e alguns deles contêm até materiais tóxicos como chumbo e quartzo, tornando-os inadequados para implantação no corpo humano. Biomateriais piezoelétricos, como aminoácidos, são alternativas promissoras, pois apresentam naturalmente biocompatibilidade, confiabilidade e sustentabilidade. No entanto, a manipulação de biomoléculas em escala com uma orientação alinhada para funcionar corretamente tem se mostrado difícil e permaneceu um desafio acadêmico internacional por 80 anos.

Enfrentando o desafio de longa data, uma equipe liderada pelo Prof. Zhengbao YANG, Professor Associado do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da HKUST, desenvolveu recentemente uma estratégia ativa de automontagem para adaptar filmes finos de biomateriais piezoelétricos por meio de nanoconfinamento sinérgico e in-situ polarização (veja a figura). Ele permite que as biomoléculas se auto-organizem em uma área muito grande com a mesma orientação. Mais importante ainda, com base nesta nova técnica, a equipe descobriu que os filmes de um tipo de aminoácido, β-glicina, exibem um coeficiente de deformação piezoelétrico aumentado de 11,2pmV-1, que é o mais alto em comparação com outros filmes biomoleculares.

Seus filmes biomoleculares piezoelétricos automontados são capazes de produzir sinais elétricos a partir do estresse mecânico produzido pelo alongamento muscular, respiração, fluxo sanguíneo e pequenos movimentos corporais. Sem a necessidade de baterias, eles simplesmente se dissolverão no corpo quando sua missão estiver concluída.

O professor Yang disse: “Nosso estudo mostra uma resposta piezoelétrica uniformemente alta e excelente termoestabilidade em todos os filmes de β-glicina. O excelente desempenho de saída, a biocompatibilidade natural e a biodegradabilidade dos filmes nanocristalinos de β-glicina têm implicações práticas para aplicações eletromecânicas biológicas transitórias de alto desempenho, como biossensor implantável, fonte de alimentação de carregamento sem fio para eletrônicos bioabsorvíveis, chip inteligente e outros fins de engenharia biomédica .”

A equipe continuará a examinar maneiras de melhorar a flexibilidade do filme para combinar com os tecidos biológicos e alcançar a produção em massa de baixo custo dos filmes piezoelétricos bioabsorvíveis. Eles também pretendem realizar experimentos em animais, para demonstrar aplicações biomédicas in vivo.

Este estudo é um trabalho colaborativo com a City University of Hong Kong e a University of Wollongong, na Austrália. Os resultados da pesquisa foram publicados recentemente na Nature Communications.

Natureza

10.1038/s41467-023-39692-y

Estudo experimental

Não aplicável

Automontagem ativa de filmes biomoleculares piezoelétricos via nanoconfinamento sinérgico e poling in-situ

11 de julho de 2023

Isenção de responsabilidade: AAAS e EurekAlert! não somos responsáveis ​​pela precisão dos comunicados de imprensa publicados no EurekAlert! por instituições contribuintes ou pela utilização de qualquer informação através do sistema EurekAlert.