Ученые: получены мягкие резиновые проводящие импланты для мозга

Разработан способ 3D–печати резиноподобных нейронных датчиков–имплантантов, которые могут точно повторять контуры головного мозга и контролировать активность его зон в течение длительных периодов, не ухудшая окружающие ткани, заявил профессор машиностроения, гражданского и экологического проектирования Массачусетского технологического института (MIT) Сюаньхэ Чжао (Xuanhe Zhao) 30 марта, в интервью пресс-службе MIT.

Такая гибкая электроника является более мягкой альтернативой существующим электродам на металлической основе, которые предназначены для мониторинга мозговой активности. Мягкие и гибкие устройства могут быть полезны при внедрении имплантантов в головной мозг, которые будут стимулировать нервные области для ослабления симптомов эпилепсии, болезни Паркинсона и тяжелой депрессии.

Команда исследователей во главе с Сюаньхэ Чжао напечатала небольшой резиновый электрод–зонд, который они вживили в мозг мыши. Когда мышь свободно передвигалась, нейронный зонд мог улавливать активность вплоть до одного нейрона. Наблюдение за поведением мыши с подобным устройством может дать ученым более высокое разрешение картины мозговой активности, а также поможет в подборе методов лечения мозга от различных неврологических расстройств.

Основным материалом для нейронных имплантантов являются проводящие полимеры — это класс материалов, который вызвал большой интерес ученых в последние годы за их уникальное сочетание гибкости и электропроводности. Проводящие полимеры используются в качестве антистатических покрытий, поскольку могут эффективно отводить любые электростатические заряды, которые накапливаются на электронике и других поверхностях.

В своем исследовании команда ученых модифицировала сложный гидрогель нановолокнами «PEDOT: PSS» из проводящего полимера (представляет собой чернильную темно-синюю жидкость).

Мягкие электроды на основе гидрогеля могут быть даже более чувствительными, чем обычные металлические электроды, поскольку большинство металлических электродов проводят электричество в форме электронов, тогда как нейроны в мозге распространяют электрические сигналы посредством ионов. Любой ионный ток, производимый мозгом, должен быть преобразован в электрический сигнал, который может зарегистрировать металлический электрод. Преобразование может привести к потере сигнала. Более того, ионы могут взаимодействовать только с металлическим электродом на его поверхности, что может ограничивать концентрацию ионов.

В дополнение к нейронному зонду, команда также изготовила при помощи 3D–печати многоэлектродную матрицу — маленький квадратный пластик с очень тонкими напечатанными электродами, на котором исследователи также напечатали круглую пластиковую лунку. Нейробиологи обычно заполняют подобные лунки культивируемыми нейронами и могут изучать их активность по сигналам, которые обнаруживаются электродами устройства. Ученые показали, что они могут воспроизвести сложные конструкции из массива матриц, используя 3D-печать, в отличие от традиционных методов литографии, которые требуют тщательного травления металлов, таких как золото, укладка металла в заданные узоры-схемы, что может занять до нескольких дней.

Ученые утверждают, что печать подобного электропроводного шаблона занимает менее часа, что позволит заменить или дополнить методы литографии в качестве более простого и дешевого способа создания различных неврологических устройств по требованию. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.