Ein auf Elektroden für Gehirnimplantate ausgerichtetes Stärke- und Graphenhydrogel entsteht

Hydrogele mit elektrischen und antibakteriellen Eigenschaften eignen sich für neuronale Implantate

28.11.2018 - Spanien

Hydrogele sind physikalische und chemische Polymernetzwerke, die in der Lage sind, große Mengen an Flüssigkeit unter wässrigen Bedingungen zurückzuhalten, ohne ihre Dimensionsstabilität zu verlieren. Sie werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt und erhalten durch die Zugabe verschiedener Komponenten spezifische Eigenschaften wie die elektrische Leitfähigkeit. Auf diesem Weg ging die Forschungsgruppe Materials + Technology in der Abteilung Chemieingenieurwesen und Umwelt der Technischen Fakultät der UPV/EHU - Gipuzkoa, und für ihr Hydrogel wählten sie ein Biopolymer, das bisher für solche Anwendungen nicht verwendet wurde: Stärke. "Eine unserer Forschungsschwerpunkte liegt auf Stärke und wir betrachten sie als biologische, physikalische und chemische Eigenschaften, die für die Herstellung von Hydrogelen geeignet sind", sagte Kizkitza Gonzalez-Munduate, ein Mitglied der Gruppe.

Bei der Herstellung des Hydrogels haben sie dessen Einsatz in neuronalen Grenzflächen berücksichtigt, also die Komponenten, die für die elektrische Verbindung in Implantaten verantwortlich sind, die mit dem Nervensystem interagieren. "Da die traditionellen Elektroden neuronaler Grenzflächen aus Platin oder Gold starr sind, benötigen sie leitfähige Polymerbeschichtungen, um ihre Flexibilität der von neuronalen Geweben anzunähern. Im Moment sind jedoch kleinere Geräte gefragt, die bessere mechanische, elektrische und biologische Eigenschaften bieten", erklärt der Forscher.

Die entwickelten Hydrogele "erfüllen diese Anforderungen sehr gut", erklärte Gonzalez. Um dem Hydrogel elektrische Leitfähigkeit zu verleihen, griffen sie auf Graphen zurück, "ein Material von großem Interesse. Es bietet elektrische Eigenschaften, die für das Hydrogel sehr gut geeignet sind, hat aber auch einen Nachteil: Es ist im Wasser nicht leicht zu stabilisieren. Mit Salviaextrakten haben wir dieses Hindernis überwunden und das Graphen in einem wässrigen Medium stabilisiert. Diese Extrakte machen das Hydrogel, wenn möglich, auch für den Einsatz in der Medizin noch besser geeignet, da es auch antimikrobielle und entzündungshemmende Eigenschaften hat", fügte sie hinzu.

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal dieser Forschung war der Einsatz der sogenannten Click-Chemie zur Herstellung des Hydrogels. "Es ist eine Strategie, die in den letzten Jahren die Aufmerksamkeit der wissenschaftlichen Gemeinschaft auf sich gezogen hat, denn im Gegensatz zu anderen Synthesemethoden neigt die Klickchemie nicht dazu, Katalysatoren in den Reaktionen zu verwenden; außerdem entstehen keine Nebenprodukte und es handelt sich um Hochleistungsreaktionen", sagt der Forscher Gonzalez.

Obwohl dieses Produkt für eine sehr spezifische Anwendung entwickelt wurde, erkennt der Forscher an, dass dieses Produkt der Biotechnik noch einen langen Weg vor sich hat, bis es bei Patienten eingesetzt werden kann. "Es war eine Forschung auf einer ersten Stufe, die sich auf die technische Seite des Materials konzentrierte. Nun gilt es, die verschiedenen Ebenen zu überwinden und die entsprechenden Tests zu konzipieren."

Originalveröffentlichung

Kizkitza González and Clara García-Astrain and Arantzazu Santamaria-Echart and Lorena Ugarte and Luc Avérous and Arantxa Eceiza and Nagore Gabilondo; "Starch/graphene hydrogels via click chemistry with relevant electrical and antibacterial properties"; Carbohydrate Polymers; 2018

https://www.bionity.com/de/news/159843/ein-auf-elektroden-fuer-gehirnimplantate-ausgerichtetes-staerke-und-graphenhydrogel-entsteht.html