Insinyur MIT Kembangkan Elektroda Berbasis Gel untuk Implan Jantung dan Lainnya

Insinyur di MIT Kembangkan Elektroda Berbasis Gel Tanpa Bahan Logam. Kredit: Felice Frankel via MIT News

Liputan6.com, Jakarta - Para insinyur di Massachusetts Institute of Technology (MIT) telah membuat terobosan baru di bidang implan bioelektronik.

Mereka telah mengembangkan elektroda dari material bebas logam yang lembut dan andal untuk jaringan biologis dan mampu menghantarkan listrik yang mirip dengan logam konvensional.

Mereka meyakini bahwa bahan inovatif ini, yakni sebuah hidrogel polimer konduktor berkinerja tinggi, memiliki potensi untuk menggantikan elektroda logam yang kaku dengan elektroda berbasis gel yang fleksibel yang dapat berinteraksi dengan organ-organ di dalam tubuh. Terobosan ini dapat merevolusi bidang bioelektronika dan membuka jalan bagi alat medis canggih.

Secara tradisional, elektroda implan terbuat dari logam kaku yang dapat menyebabkan kerusakan jaringan, jaringan parut, dan peradangan seiring berjalannya waktu. Itu berpotensi menyebabkan penurunan kinerja implan.

Sebaliknya, bahan yang baru dikembangkan ini meniru sifat tubuh kita sendiri, dengan kandungan air serupa. Elektroda yang berbentuk seperti gel ini menawarkan alternatif biomimetik, yang berfungsi seperti elektroda logam, tetapi dengan biokompatibilitas lebih baik dan rasa lebih alami.

Dipimpin oleh Hyunwoo Yuk, salah satu pendiri SanaHeal, sebuah startup alat medis, dan Xuanhe Zhao, profesor teknik mesin dan teknik sipil dan lingkungan di MIT, tim ini mempublikasikan temuan mereka di jurnal Nature Materials.

Penulis studi ini termasuk Tao Zhou, asisten profesor di Penn State University, serta para peneliti dari Jiangxi Science and Technology Normal University dan Shanghai Jiao Tong University.

Menciptakan bahan berbasis gel konduktif merupakan tantangan signifikan. Sebagian besar polimer bersifat isolator dan tidak mudah menghantarkan listrik.

Namun, kelas polimer khusus yang ditemukan pada tahun 1970-an telah menunjukkan kemampuan untuk menghantarkan elektron melalui curahnya, membuka kemungkinan untuk aplikasi bioelektronik.

Upaya sebelumnya untuk menggabungkan polimer konduktif dengan hidrogel menghasilkan material yang lemah dan rapuh dengan kinerja listrik yang buruk.

Apple secara resmi memperkenalkan headset augmented reality (AR), Apple Vision Pro, melalui gelaran World Wide Developer Conference atau WWDC 2023 pada Senin waktu setempat.

2 dari 5 halaman

Proses pemisahan fase

Melalui proses yang disebut pemisahan fase, para peneliti mencapai terobosan signifikan. Dengan mencampurkan polimer konduktif dan hidrogel dengan cara yang menyebabkan sedikit tolakan di antara kedua komponen, mereka berhasil menciptakan gel dengan jalur kontinu untuk listrik dan gaya mekanis.

Gel ini, yang menyerupai jalinan spageti, kemudian diubah menjadi formulasi tinta yang cocok untuk pencetakan 3D. Dengan tinta ini, tim dapat mencetak elektroda yang fleksibel dan kenyal pada film hidrogel murni, yang secara dekat mereplikasi pola yang biasanya terlihat pada elektroda logam tradisional.

Fitur luar biasa dari gel yang dapat dicetak 3D ini adalah kemampuannya untuk disesuaikan ke dalam berbagai bentuk dan geometri, menawarkan potensi yang sangat besar untuk fabrikasi antarmuka listrik yang disesuaikan untuk berbagai macam organ.

3 dari 5 halaman

Ubah Gel Jadi Tinta

Gel ini kemudian diubah menjadi tinta yang cocok untuk pencetakan 3D. Tim berhasil mencetak elektroda fleksibel dan kenyal pada film hidrogel murni, meniru pola elektroda logam konvensional. Gel yang dapat dicetak 3D ini memungkinkan penyesuaian bentuk dan geometri, sehingga ideal untuk membuat antarmuka listrik untuk berbagai organ.

Untuk menguji elektroda berbasis gel, para peneliti menanamkannya ke jantung, saraf skiatik, dan sumsum tulang belakang tikus. Selama periode dua bulan, perangkat tetap stabil dan menunjukkan sedikit peradangan atau jaringan parut di jaringan sekitarnya.

Secara efektif elektroda mengirimkan pulsa listrik dari jantung ke monitor eksternal dan mengirimkan pulsa kecil ke saraf skiatik dan sumsum tulang belakang, sehingga menghasilkan aktivitas motorik yang terstimulasi pada otot dan tungkai terkait.

4 dari 5 halaman

Implementasi

Implementasi langsung untuk bahan terobosan ini dapat membantu orang yang baru pulih dari operasi jantung. Alih-alih menggunakan elektroda logam yang berpotensi menimbulkan komplikasi dan efek samping, elektroda berbasis gel dapat memberikan dukungan listrik untuk menghindari serangan jantung.

Saat ini para peneliti sedang berfokus pada peningkatan lebih lanjut dalam hal umur panjang dan kinerja material, yang bertujuan untuk menggantikan implan kaca, keramik, dan logam.

Dengan mencapai tujuan ini, para peneliti berharap dapat mengubah bidang bioelektronik dan meningkatkan kualitas hidup banyak orang.

Penelitian terobosan ini telah menerima dukungan dari National Institutes of Health, yang menyoroti potensinya untuk kemajuan medis yang signifikan dalam waktu dekat.

5 dari 5 halaman