ЎЄлковый чип показал чудеса совместимости с живым мозгом

29.08.2011, 14:11
»сточник: www.membrana.ru


Ёлектроды, размещЄнные в мозге, могут поставл€ть медикам информацию о месте и времени возникновени€ эпилептического припадка, данные о работе нейронов в "неисправных" област€х или использоватьс€ дл€ управлени€ электроникой силой мысли парализованного человека. Ќо дл€ успеха и гарантии здоровь€ пациента очень важен дизайн таких электродов.



ѕри внедрении контактов в мозговую ткань возникает больша€ проблема: сложна€ геометри€ поверхности коры не позвол€ет вживл€ть действительно широкие массивы датчиков. Ћибо така€ имплантаци€ несЄт с собой слишком много повреждений, либо контакт получаетс€ слабый, а часть электродов так и вовсе не работает (участки в углублени€х оказываютс€ им недоступны).

Ќемало было попыток создать идеал имплантата, но, быть может, самый перспективный вариант по€вилс€ только сейчас.



„тобы наконец-то совместить большую арену сбора надЄжных сигналов с минимальным воздействием на мозг, нужно было придумать решЄтку контактов, по гибкости и "адаптивности" превосход€щую всЄ ранее виденное.

»менно такое достижение продемонстрировали Ѕрайан Ћитт (Brian Litt) из медицинской школы университета ѕенсильвании, ƒжон –оджерс (John Rogers) из университета »ллинойса (University of Illinois at Urbana-Champaign) и р€д их коллег из других университетов —Ўј, а также  ита€.

”чЄным не составл€ет труда произвести тонкие контакты и проводки, скажем, из золота. ѕри толщине в считанные микрометры они будут достаточно м€гкими, чтобы повтор€ть рельеф коры. Ќо сначала их ведь необходимо как-то пристроить на место работы с высокой точностью, не см€в и не порвав тонкий металл. Ћогичный выход: нужна подложка, разлагаема€ после того, как она выполнит свою задачу.

“акой строительной основой дл€ нового типа имплантата стал субстрат из фиброина натурального шЄлка, вз€того из кокона шЄлкопр€да Bombyx mori. ћатериал этот достаточно упругий и прочный, чтобы устройством можно было манипулировать в ходе хирургической операции, но при этом достаточно м€гкий, чтобы снизить риск травмы.

ѕоверх шЄлковой подложки авторы новой технологии разместили тонкую сетку из полиимида (был использован материал каптон Ч kapton), она служит дл€ электрической изол€ции и дл€ формировани€ правильного рисунка из провод€щих дорожек и контактов.

—амое интересное началось после того, как решЄтку поместили в тот участок мозга, работу которого необходимо зафиксировать. ѕри контакте с внутренней средой организма (а также при добавлении физиологического раствора) белок шЄлковой основы начал раствор€тьс€.

ќставшийс€ свободным ажурный каркас из тонких проводков и контактов, сид€щий на полимерной сетке, за счЄт действи€ капилл€рных сил начал изгибатьс€, точно повтор€€ форму коры мозга в данном месте, словно термоусадочна€ упаковка. “еперь он плотно прилегал к ней, в то же врем€ не поврежда€.

 стати, варьиру€ предварительную обработку шЄлкового материала, исследователи добились регулировки времени рассасывани€ основы чипа в пределах от нескольких минут до часов. Ёта регулировка должна пригодитьс€ при выполнении сложных операций на мозге.

јвторы работы изготовили несколько вариантов своего устройства, отличные по толщине шЄлковой основы и р€ду других параметров, а также сравнительный аналог без шЄлка. ќни тщательно замерили механические свойства образцов, проверив их сначала на модел€х мозга, а затем и на лабораторных животных. (ѕодробности этих экспериментов раскрывает стать€ в Nature Materials.)



”чЄные показали, что тонкий шЄлковый вариант обеспечивает хороший контакт с мозгом, в то же врем€ исключа€ раздражение и рубцевание живой ткани.

–ешающей проверкой стала имплантаци€ таких сэндвичей в мозг взрослых кошек. ”чЄные поместили электроды в зрительную кору животных. –егистриру€ ток от нервных клеток при визуальной стимул€ции (кошкам показывали различные картинки), экспериментаторы доказали, что тонка€ сетка, высаженна€ на коре при помощи шЄлковой основы, даЄт самый чЄткий и подробный сигнал в сравнении с традиционными толстыми проволочными электродами.



¬ажно, что на участке имплантации не наблюдалось никакого воспалени€ по меньшей мере за все четыре недели опыта. Ёто значит, что электроды нового дизайна, по всей видимости, можно будет оставл€ть имплантированными в голову людей-пациентов на мес€цы, а может, и на годы, что открывает совершенно новые перспективы дл€ исследований в области неврологии и терапии.

“ут, правда, встаЄт вопрос о подт€гивании других компонентов имплантата до такого уровн€ гибкости и совместимости. “ак, чтобы не т€нуть множество проводников наружу, следует снабдить контактный чип микросхемой обработки и шифровки сигнала, а ещЄ лучше Ч радиопередатчиком.



—оздание интегрированных систем такого типа требует построени€ по аналогичному принципу биосовместимых цифровых чипов, а также Ч источников питани€. » в данном направлении –оджерс, Ћитт и их коллеги уже движутс€.

ќни построили опытный образец чипа на шЄлке, содержащего кремниевые транзисторы, и проверили его на лабораторных животных (правда, ещЄ не на мозге). јналогично учЄные пробуют создать ультратонкие аккумул€торы, свод€щие к минимуму воздействие на живую ткань.

¬се эти компоненты ещЄ предстоит свести вместе и проверить их безопасность. Ќо в перспективе это может привести к рождению совершенно потр€сающих устройств: гибких чипов-имплантатов, которые можно было бы внедр€ть в нужное место организма через минимальный надрез, через катетер. ¬нутри чипы бы расправл€лись и занимали нужную позицию, а затем годами передавали информацию о работе клеток медикам.




 лючевые слова:
„ип с живым мозгом
Ёлектроды
микрометры
рельеф коры мозга
фиброин
имплантат
манипулировать
медикам
”чЄные
шЄлкова€ основа
аккумул€торы
–оботы в медицине
робот
робототехника


¬ернутьс€ в рубрику:

–оботы в медицине


≈сли вы хотите видеть на нашем сайте больше статей то кликните ѕоделитьс€ в социальных сет€х! —пасибо!
—мотрите также:

ќбратите внимание полезна€ информаци€.