Trykte termoplasmoniske varmemønstre til behandling af neurologiske lidelser

Et KAIST-hold præsenterede en meget tilpasselig neural stimulationsmetode. Forskerholdet udviklede en teknologi, der kan printe varmemønsteret på mikronskala for at muliggøre fjernkontrol af biologiske aktiviteter. Forskerne integrerede en præcisionsinkjet-printteknologi med biofunktionelle termoplasmoniske nanopartikler for at opnå en selektiv nano-fototermisk neural stimuleringsmetode. Forskerholdet af professor Yoonkey Nam ved Institut for Bio- og Hjerneteknik forventer, at dette vil fungere som en muliggørende teknologi til personlig præcisions-neuromodulationsterapi til patienter med neurologiske lidelser.

Den nano-fototermiske neurale stimuleringsmetode bruger den termoplasmoniske effekt af metalnanopartikler til at modulere aktiviteterne i neuronale netværk. Med den termoplasmoniske effekt, metal nanopartikler kan absorbere specifik bølgelængde af oplyst lys for effektivt at generere lokaliseret varme. Forskerholdet opdagede den hæmmende adfærd af spontane aktiviteter af neuroner ved fototermisk stimulering for fire år siden. Siden da, de har udviklet denne teknologi til at kontrollere hyperaktiv adfærd af neuroner og neurale kredsløb, som ofte findes ved neurologiske lidelser som epilepsi.

For at overvinde begrænsningen på den rumlige selektivitet og opløsning af den tidligere udviklede nano-fototermiske metode, holdet vedtog en inkjet-printteknologi til at mikromønstre de plasmoniske nanopartikler (et par tiere mikron), og med succes demonstreret, at den nano-fototermiske stimulering kan anvendes selektivt i henhold til de trykte mønstre.

Forskerne anvendte en polyelektrolyt-lag-for-lag-belægningsmetode til at printe substrater på en måde at forbedre mønstertrofastheden og opnå en ensartet samling af nanopartikler. Den elektrostatiske tiltrækning mellem de trykte nanopartikler og det coatede printsubstrat hjalp også stabiliteten af ​​de vedhæftede nanopartikler. Fordi polyelektrolytbelægningen er biokompatibel, biologiske eksperimenter inklusive cellekultur er mulige med den teknologi, der er udviklet i dette arbejde.

Ved at bruge trykte guld nanorod-partikler i en opløsning på få titus mikrometer over et område på flere centimeter, forskerne viste, at meget komplekse varmemønstre kan dannes præcist ved lysbelysning i henhold til printbilledet.

Til sidst, holdet bekræftede, at de trykte varmemønstre selektivt og øjeblikkeligt kan hæmme aktiviteterne af dyrkede hippocampale neuroner ved nær-infrarødt lys. Fordi trykprocessen er anvendelig til tynde og fleksible substrater, teknologien kan let anvendes på implanterbare neurologiske lidelser behandlingsanordninger og bærbare enheder. Ved selektivt at anvende varmemønstrene til kun de ønskede cellulære områder, tilpasset og personlig fototermisk neuromodulationsterapi kan anvendes til patienter.

"Den kendsgerning, at ethvert ønsket varmemønster ganske enkelt kan 'printes' hvor som helst, udvider anvendeligheden af ​​denne teknologi inden for mange tekniske områder. Inden for bioteknik, det kan anvendes på neurale grænseflader ved hjælp af lys og varme til at modulere fysiologiske funktioner. Som en anden ingeniørapplikation, for eksempel, trykte varmemønstre kan bruges som et nyt koncept for anti-forfalskning applikationer, " sagde hovedefterforskeren, Yoonkey Nam hos KAIST.