Nowa powłoka ułatwia łączenie ludzkiej tkanki z elektroniką

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Stworzenie prawdziwego cyborga, pół-człowieka pół-maszyny, to wciąż science-fiction, naukowcy z University of Delaware poczynili ważny krok w kierunku efektywnego łączenia ludzkiej tkanki z elektroniką. Stworzenie takich połączeń byłoby niezwykle pomocne np. w medycynie, jednak stanowi ono olbrzymi problem ze względu na bliznowacenie tkanki. Amerykańscy naukowcy zidentyfikowali powłokę, dzięki której odpowiednie połączenia łatwiej jest tworzyć.

Próbowaliśmy łączyć sztywne nieorganiczne mikroelektrody z mózgiem. Jednak mózg to organiczny, żywy materiał. Nasze elektrody nie działały dobrze, więc szukaliśmy innych sposobów, mówi główny autor badań, doktor David Martin.

Tradycyjne materiały mikroelektroniczne, jak złoto, krzem, stal czy iryd powodują pojawianie się blizn w miejscu łączenia z żywą tkanką. Blizny zaś zakłócają sygnały elektryczne z i do implantów. Dlatego też uczeni z Delaware zaczęli szukać powłoki, która mogłaby pomóc.

Zaczęliśmy przyglądać się organicznym materiałom elektronicznym, takim jak polimery skoniugowane (przewodzące), które dotychczas nie były używane w urządzeniach mających styczność z systemami biologicznymi. W końcu znaleźliśmy chemicznie stabilny materiał, który jest komercyjnie sprzedawany jako powłoka antystatyczna do urządzeń elektronicznych, mówi Martin. Po testach okazało się, że materiał ten ma odpowiednie właściwości, by służyć jako interfejs pomiędzy elektroniką a żywą tkanką.

Okazało się, że poli(3,4-etylenodioksytiofen (PEDOT) znakomicie poprawia działanie implantów medycznych, zmniejszając ich oporność aż o 2 do 3 rzędów wielkości. Dzięki temu poprawia zarówno jakość sygnału, jak i wydłuża czas pracy na bateriach.
Na zidentyfikowaniu materiału jednak się nie skończyło. Grupa Martina opracowała też metody stworzenia wyspecjalizowanych wersji PEDOT do których – po dodaniu kwasu karboksylowego, aldehydu lub maleimidu – można dołączyć różnego typu molekuły.

Szczególnie przydatny jest tu maleimid. Pozwala na łatwe uzyskanie funkcjonalnych polimerów i biopolimerów. Dzięki niemu bardzo łatwo można do PEDOT dodawać peptydy, przeciwciała czy DNA. Niedawno grupa Martina stworzyła powłokę PEDOT zaopatrzoną w przeciwciała czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF). VEGF stymuluje wzrost naczyń krwionośnych po zranieniu, a guzy nowotworowe często wykorzystują VEGF do zapewnienia sobie odpowiednich dostaw krwi. Polimer z przeciwciałem może działać np. jako czujnik, który wykryje nadmierną ekspresję VEGF i w ten sposób poinformuje o początku procesu chorobowego.

Inne funkcjonalne polimery zawierają np. neurotransmitery, dzięki czemu można będzie wykrywać i leczyć choroby mózgu czy układu nerwowego. Na razie naukowcy z Delaware stworzyli PEDOT z dopaminą. W przyszłości – jak mówi Martin – takie biosyntetyczne hybrydy mogą posłużyć do połączenia ludzkiego mózgu ze sztuczną inteligencją.

O szczegółach swojej pracy Martin opowie podczas spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego.

« powrót do artykułu