Исследователи из Университета Хьюстона и Университета штата Пенсильвания сообщили о новой технологии изготовления биосовместимых нейронных устройств, которая позволяет более точно настраивать электрические характеристики нейронных зондов, а также улучшать свойства доставки лекарств.
«В течение многих лет ученые пытались ранее взаимодействовать с нервной системой, чтобы диагностировать болезнь Паркинсона, эпилепсию, рассеянный склероз, опухоли головного мозга и другие нервные расстройства и заболевания», – сказал Мохаммад Реза Абидиан, доцент кафедры биомедицинской инженерии в UH и ведущий автор статьи с описанием технологии изготовления в журнале Advanced Materials. «В нашей лаборатории мы создаем микро- и наноустройства для связи с нейронами."
Абидиан сказал, что новый метод изготовления позволяет исследователям точно контролировать морфологию поверхности микрочастиц из проводящего полимера, повышая производительность.
Они использовали методы струйной обработки и электроосаждения для изготовления микрочастиц из проводящего полимера на поверхности биоэлектроники.
«Мы обнаружили, что, изменяя количество электрического тока и продолжительность осаждения этих проводящих полимеров, мы можем изменять размер, толщину и шероховатость, что связано с электрическими свойствами полимера», – сказал он. «Мы показываем, что микросхемы из проводящего полимера могут значительно улучшить электрические характеристики биоэлектродов."
Типичные полимеры часто используются в качестве изоляционного материала, потому что они обычно не проводят электричество. Открытие электронно-проводящих полимеров в 1970-х годах было отмечено Нобелевской премией по химии в 2000 году.
«Основным требованием к нейронным устройствам является обеспечение электродов высокой плотности, которые биологически совместимы с нервной тканью, эффективно преобразуют биологические сигналы в электронные и остаются функциональными в течение длительного периода времени», – пишут исследователи.
Но современные технологии по-прежнему основаны на металлических материалах, которые обладают высокой проводимостью, но несовместимы с нервной тканью.
Миниатюризация, необходимая для устройств, также ограничивает электрические характеристики, сказал Абидиан.
Напротив, проводящие полимеры лучше имитируют биологические ткани по четырем направлениям: их мягкие механические свойства имитируют свойства биологических структур; их смешанная электронная / ионная проводимость способствует эффективной передаче сигнала; их прозрачность позволяет одновременно использовать методы оптического анализа; а их легкая функционализация с помощью биомолекул помогает настроить биологические реакции.
Новый метод производства включает в себя электрораспыление монодисперсных полисикросфер на золотые подложки с последующим процессом электрохимической полимеризации.
Затем, по словам Абидиана, исследователи контролируют приложенное электрическое поле для изготовления микрочастиц из проводящего полимера, что, в свою очередь, позволяет им контролировать морфологию поверхности.