Мягкое золото обеспечивает связь между нервами и электроникой
Мягкие электроды, разработанные исследовательской группой Класа Тибрандта в Университете Линчёпинга, растягиваются, чтобы следовать за движениями тела, не повреждая ткани. Они состоят из чрезвычайно тонких нитей золота и мягкой силиконовой резины.
Золото нелегко превратить в длинные тонкие нити. Но исследователи из Университета Линчёпинга в Швеции сумели создать золотые нанопровода и разработать мягкие электроды, которые можно подключить к нервной системе. Электроды мягкие, как нервы, растягиваются и проводят электричество, и, как предполагается, будут оставаться в организме долгое время.
У некоторых людей «золотое сердце», так почему бы не «золотые нервы»? В будущем этот драгоценный металл можно будет использовать в мягких интерфейсах для подключения электроники к нервной системе в медицинских целях. Такая технология может быть использована для облегчения таких состояний, как эпилепсия, болезнь Паркинсона, паралич или хроническая боль. Однако создание интерфейса, в котором электроника может встретиться с мозгом или другими частями нервной системы, представляет собой особую проблему.
«Классические проводники, используемые в электронике, — это металлы, которые очень твердые и жесткие. Механические свойства нервной системы больше напоминают мягкое желе. Чтобы получить точную передачу сигнала, нам нужно подобраться очень близко к соответствующим нервным волокнам, но поскольку тело постоянно находится в движении, достижение тесного контакта между чем-то твердым и чем-то мягким и хрупким становится проблемой», — говорит руководитель исследования профессор Клас Тибрандт из Университета Линчёпинга.
Поэтому исследователи хотят создать электроды, которые обладают хорошей проводимостью, а также механическими свойствами, аналогичными мягкости тела. В последние годы несколько исследований показали, что мягкие электроды не повреждают ткани так сильно, как это могут сделать жесткие электроды. В текущем исследовании, опубликованном в журнале Small, группа исследователей из Университета Линчёпинга разработала золотые нанопроволоки — в тысячу раз тоньше волоса — и встроила их в эластичный материал для создания мягких микроэлектродов.
«Нам удалось создать новый, лучший наноматериал из золотых нанопроводов в сочетании с очень мягкой силиконовой резиной. Благодаря их совместной работе появился проводник с высокой электропроводностью, очень мягкий и изготовленный из биосовместимых материалов, которые функционируют вместе с организмом», — говорит Клас Тибрандт.
Силиконовая резина используется в медицинских имплантатах, таких как грудные имплантаты. Мягкие электроды также включают золото и платину, металлы, которые широко используются в медицинских устройствах для клинического использования.
Однако создание длинных, узких золотых наноструктур очень сложно. До сих пор это было серьезным препятствием, но теперь исследователи придумали новый способ изготовления золотых нанопроводов. И они делают это, используя серебряные нанопровода.
Поскольку серебро обладает уникальными свойствами, которые делают его очень хорошим материалом для создания того типа нанопроводов, который ищут исследователи, его используют в некоторых растягиваемых наноматериалах. Проблема с серебром заключается в том, что оно химически реактивно. Точно так же, как серебряные столовые приборы со временем обесцвечиваются, когда на поверхности происходят химические реакции, серебро в нанопроводах распадается, так что ионы серебра вытекают. В достаточно высокой концентрации ионы серебра могут быть токсичны для нас.
Когда Лаура Сойферт, аспирантка исследовательской группы Класа Тибрандта, работала над поиском способа синтеза или «выращивания» золотых нанопроволок, она придумала новый подход, который открыл новые возможности. Сначала было сложно контролировать форму нанопроволок. Но затем она нашла способ, который привел к получению очень гладких проволок. Вместо того чтобы пытаться выращивать золотые нанопроволоки с самого начала, она начала с тонкой нанопроволоки из чистого серебра.
«Поскольку возможно изготавливать серебряные нанопровода, мы воспользовались этим и использовали серебряные нанопровода как своего рода шаблон, на котором мы выращиваем золото. Следующий шаг в этом процессе — удалить серебро. После этого у нас будет материал, содержащий более 99 процентов золота. Так что это своего рода трюк, чтобы обойти проблему изготовления длинных узких золотых наноструктур», — говорит Клас Тибрандт.
В сотрудничестве с профессором Саймоном Фарнебо с кафедры биомедицинских и клинических наук Университета Линчёпинга ученые, проводившие исследование, показали, что мягкие и эластичные микроэлектроды могут стимулировать нерв крысы, а также улавливать сигналы от нерва.
В приложениях, где мягкая электроника должна быть встроена в тело, материал должен служить долго, желательно всю жизнь. Исследователи проверили стабильность нового материала и пришли к выводу, что он прослужит не менее трех лет, что лучше, чем многие из наноматериалов, разработанных до сих пор.
В настоящее время исследовательская группа работает над усовершенствованием материала и созданием различных типов электродов, которые будут еще меньше и смогут вступать в более тесный контакт с нервными клетками.
Обсудим?
Смотрите также:
