М’які нанопроводи із золота допоможуть покращити нейроінтерфейси

Вчені розробили м’які нанопроводи із золота для застосування у нейроінтерфейсах. Такі електроди за механічними властивостями виявилися близькими до людських нервів.Нейроінтерфейси, що дозволяють передавати інформацію з головного мозку безпосередньо в комп’ютер, стають дедалі ближчими до повсякденної реальності і вже не здаються вигадкою з науково-фантастичного фільму. Однак за створенням біосумісних пристроїв, які за своїми властивостями близькі до природних нервових тканин людини, стоїть безліч складнощів та обмежень.

Насамперед електроди, що імплантуються, повинні бути безпечними. Необхідно, щоб вони складалися з інертних матеріалів та не викликали механічних пошкоджень нервових тканин. Це проблематично, оскільки для створення провідників зазвичай використовують тверді метали, а м’якіші срібні пристрої з часом окислюються, виділяючи іони срібла. У високій концентрації ці іони можуть бути токсичні для людини.

Вчені з Лінчепінгського університету у Швеції вигадали, як зробити електроди, які добре проводять електричний струм, а за механічними властивостями близькі до нервів. Дослідники отримали золоті нанопроводи та розмістили їх на силіконовій підкладці, що надає електродам еластичність та розтяжність та забезпечує щільний контакт з нервом навіть під час руху. Результати роботи вчені представили у журналі Small.

Як провідний матеріал дослідники вибрали золото, оскільки воно нетоксичне і схвалено для використання в нейронних імплантах. Проте вчені зіштовхнулися із проблемою: отримати тонкі та довгі структури із золота вкрай складно. Тому вони спочатку «вирощували» нанодроти зі срібла і наносили поверх них золото, використовуючи срібні дроти як шаблон, а потім видаляли срібло.

В результаті виходили нанопроводи, що містять більше 99% золота, товщиною в 1000 разів менше за волосся. Проводи поміщали на силіконові плівки, формуючи вісім стимулюючих електродів та один протиелектрод. Такі електроди виходили м’якими та еластичними, а після розтягування не деформувалися.

Для застосування електродів у біомедичних цілях необхідно враховувати термін служби матеріалів. Вчені оцінили стабільність золотих нанопроводів на силіконових підкладках і дійшли висновку, що вони прослужать щонайменше три роки.

Роботу електрода in vivo перевірили на щурі. Електрод обертали навколо сідничного нерва і стимулювали з його допомогою камбаловидний і великогомілковий м’язи, пов’язані з цим нервом. Крім стимуляції нерва, електрод був здатний вловлювати нервові імпульси.

Розробка безпечних та біосумісних електродів важлива для створення нейроінтерфейсів медичного призначення. Naked Science вже розповідав про застосування нейроінтерфейсів для відновлення після інсульту, а також писав про те, як за допомогою цієї технології паралізованій людині повернули відчуття дотику.

Крім того, інтерфейс «мозок — комп’ютер» можуть застосовувати для полегшення симптомів епілепсії, хронічного болю та хвороби Паркінсона. Нині автори нового дослідження намагаються вдосконалити отриманий матеріал, працюють над створенням електродів меншого розміру, які матимуть ще тісніший контакт з нейронами і дозволять створювати високочутливі пристрої.