Iridium oxide-carbon hybrid materials as electrodes for neural systems. Electrochemical synthesis and characterization
- Autores: Nina Magali Carretero González
- Directores de la Tesis: Nieves Casañ-Pastor (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2014
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Eduardo Rodríguez Farré (presid.), Pedro Gómez Romero (secret.), David Muñoz Rojas (voc.)
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- Resumen
El desarrollo de interfaces neuronales requiere el uso de nuevos materiales electroactivos y biocompatibles, que al aplicar campos eléctricos no causen efectos secundarios que pueden dañar los tejidos o degradar la funcionalidad del electrodo. A día de hoy, existen diferentes materiales electroactivos que se usan como electrodos en el sistema nervioso: oro, platino, carbón, Pt-Ir o IrOx entre otros, siendo este último el que ha mostrado superiores resultados. Una alta eficiencia electroquímica, estabilidad en condiciones biológicas y biocompatibilidad, han hecho del IrOx el material más prometedor como electrodo para estimulación y registro de señales neuronales. Sin embargo, los avances tecnológicos han generado una demanda de nuevos materiales con propiedades mejoradas y con menos inconvenientes que los actuales (bajos valores de capacidad de carga o la rigidez inherente de este tipo de óxidos, ya que presentan poca compatibilidad con los tejidos blandos). Estas mejoras se pueden conseguir con el uso de materiales híbridos, que unan las diferentes propiedades de los componentes. En este sentido, se han preparado electroquímicamente híbridos IrOx-CNTs, con propiedades mejoradas tras la adicción de nanotubos de carbono. La composición química de estos híbridos es muy parecida a la obtenida para IrOx, aunque la incorporación de nanotubos de carbono hace la superficie más rugosa, aumentando de esta manera el área superficial del material. Estas propiedades, junto con el aumento de la conductividad proporcionada por los nanotubos de carbono, tienen como consecuencia elevados valores de capacidad de carga electroquímica. También, la estabilidad de las capas resultantes mejora en comparación con las muestras de IrOx. Las pruebas de biocompatibilidad realizadas a las muestras IrOx-CNTs han mostrado una alta supervivencia y funcionalidad neural, parecida a la obtenida con IrOx o borosilicato (usado como referencia). Estos datos, validan este tipo de nuevos materiales como prometedores electrodos neurales. También se han preparado híbridos de IrOx con grafito y grafeno. En ambas capas, se ha observado la presencia de partículas de carbón, aunque la presencia de grafeno de única lámina no ha podido ser confirmada, y serán necesarios más experimentos. Las propiedades electroquímicas de estos híbridos, IrOx-grafito e IrOx-grafeno, son similares a las obtenidas para IrOx-CNTs, pero con mayores valores de capacidad de carga. Sin embargo, la estabilidad electroquímica es pobre para el híbrido de grafito, y finalmente la capa se despega, debido presuntamente, a la estructura heterogénea de los híbridos de grafito, en la cual, grandes partículas de carbón no están completamente introducidas en la matriz del IrOx. Híbridos de IrOx con grafeno dopado con nitrógeno se han preparado también, mostrando buenas propiedades y altos valores de capacidad de carga y estabilidad, incluso comparados con los resultados obtenidos para los híbridos con grafeno no dopado. El aumento de la conductividad en estos materiales se puede deber a la presencia de nitrógeno, que induce el aumento de defectos en las láminas de grafeno. La biocompatibilidad de estos materiales híbridos grafíticos está siendo estudiada. Tri-híbridos poliméricos también han sido sintetizados electroquímicamente, IrOx-PEDOT-CNTs. El uso de una matríz polimérica, ofrece más flexibilidad al futuro electrodo, lo que es deseable para aplicaciones en tejidos blandos. Sin embargo, los primeros resultados obtenidos muestran que el polímero encapsula los nanotubos de carbono y el IrOx, minimizando sus propiedades electroquímicas. Como consecuencia, la conducta electroquímica del material híbrido es muy similar a la obtenida en otros polímeros, como PEDOT-PSS. Las pruebas de biocompatibilidad para estos híbridos poliméricos muestran baja viabilidad neuronal, aunque un nuevo modelo de co-cultivos (astrocitos-neuronas) se ha propuesto para mejorar la biocompatibilidad en este tipo de materiales. Los materiales obtenidos en todos los casos, son capas bien adheridas, lo que permite su futuro uso como electrodos o substratos de crecimiento neuronal.
