Un gruppo di ricerca della Toyohashi University of Technology in Giappone ha ha sviluppato un biofrobo ultrasottile e deformabile usando i disegni di Kirigami. Kirigami, come Origami, è una forma di arte giapponese, ma differisce da Origami in quanto comporta il taglio della carta oltre al piegamento.

Credit: Toyohashi University of Technology

Con questo, guida il ricercatore Takeshi Kawano, professore associato di ingegneria delle informazioni elettriche ed elettriche all'università, e il suo team spera di rivoluzionare il modo in cui i materiali standard sono utilizzati in elettronica elastica.

Lo studio è pubblicato in Advanced Healthcare Materials.

Cos'è una biopsia?

Una biopsia è un dispositivo utilizzato per esplorare parti del corpo o ferite. Attualmente, viene utilizzato sia in chirurgia che in studi medici.

L'elastomero è un materiale standard utilizzato per realizzare dispositivi estensibili, come una biopsia. Tuttavia, poiché il materiale richiede intrinsecamente una grande forza di trazione per allungarlo, un biosonda basato su elastomero non può seguire la deformazione di organi sensibili, come i tessuti biologici molli. Con la biosonda convenzionale, i ricercatori non possono studiare la naturale deformazione e la crescita di tali organi.

Il momento dell'ispirazione

Una mattina, Kawano si è svegliato e ha visto suo figlio giocare con Origami e Kirigami. Con pochi tagli, il ragazzo ha realizzato una semplice carta piatta vecchia in un materiale estremamente elastico, deformandosi in più forme tridimensionali.

"L'ho visto realizzare un'elevata elasticità del foglio mentre creavo i disegni di Kirigami ", ha detto Kawano in una dichiarazione. "Questo mi ha fatto domandare se sia possibile sviluppare un'elettronica estensibile usando il concetto di Kirigami."

Vantaggi di una Bioprobe basata su Kirigami

A differenza della tradizionale biosonda a base di elastomero, che allunga il materiale stesso, la biosonda a base di Kirigami di nuova concezione si allunga piegando ciascun fascio intorno alle fessure. Di conseguenza, una bioprobe basata su Kirigami consente ai materiali rigidi e non estensibili di essere resi più estensibili rispetto alla biosonda basata su elastomero.

A causa della sua elevata elasticità, una biopsia basata su Kirigami può essere utilizzata per seguire la forma di campioni biologici sferici e di grandi dimensioni deformabili, come un cuore o tessuti cerebrali.

Credit: Toyohashi University of Technology

"L'elasticità del foglio di Kirigami può essere determinata dal design a fessura", ha detto Kawano alla Rete dell'Università (TUN). "Abbiamo mostrato 1,100% di elasticità. Inoltre, poiché la forza di flessione del film sottile è inferiore alla forza di deformazione dei materiali elastomerici, lo sforzo di deformazione della struttura di Kirigami è significativamente inferiore rispetto ai dispositivi estensibili basati su elastomero. "

La bassa forza di deformazione della bioprobe basata su Kirigami riduce anche la quantità di forza indotta sugli organi e registra i segnali biologici in un modo meno invasivo.

"Siamo estremamente entusiasti del fatto che i biofori basati su Kirigami fabbricati posseggano i distinti vantaggi di un'elevata elasticità e deformabilità e siano in grado di registrare segnali biologici dalla superficie corticale e dal cuore pulsante di un topo", ha detto Kawano in un dichiarazione.

Applicazioni per metodi basati su Kirigami

I ricercatori ritengono che il loro metodo basato su Kirigami possa essere utilizzato in qualsiasi settore che richiede dispositivi, come sensori o attuatori, per essere estensibile e avere una bassa forza di deformazione.

In particolare, con i biofarm a base di Kirigami, i dispositivi medici applicati agli organi sensibili avranno maggiore accessibilità e precisione. Ad esempio, una forza a bassa deformazione della biopirografia di Kirigami aiuterà i ricercatori a studiare tessuti e organi che mostrano cambiamenti dipendenti dal tempo nella loro superficie e volume a causa di una possibile crescita o malattia. In caso di successo, i risultati possono essere strumentali nella comprensione dei meccanismi che governano la crescita e le malattie, come l'Alzheimer.

"Il piccolo stress della nostra bioprobe Kirigami offre al dispositivo il piccolo stress del tessuto biologico, quindi il danno dei tessuti può essere ridotto al minimo", ha detto Kawano a TUN.

Il team crede anche di poter applicare una bioprobe basata su Kirigami alla tecnologia dell'interfaccia cervello-macchina (BMI) e alle cure mediche per le malattie del cervello o del cuore.

"Oltre all'elasticità, la struttura di Kirigami realizza le varie trasformazioni tridimensionali usando altri disegni a fessura", ha detto Kawano a TUN. "Pertanto, ha più capacità di aggiungere funzioni ai dispositivi cinematografici."