En 3D multifunktionel og fleksibel neural grænseflade

At kunne måle hjernens elektriske aktivitet har hjulpet os med at få en meget bedre forståelse af hjernens processer, funktioner, og sygdomme gennem de seneste årtier. Indtil nu, meget af denne aktivitet er blevet målt via elektroder placeret på hovedbunden (gennem elektroencefalografi (EEG)); imidlertid, at være i stand til at tilegne sig signaler direkte inde fra selve hjernen (gennem neurale interface-enheder) under daglige aktiviteter kunne tage neurovidenskab og neuromedicin til helt nye niveauer. Et stort tilbageslag for denne plan er, at desværre, implementering af neurale grænseflader har vist sig at være bemærkelsesværdigt udfordrende.

De materialer, der bruges i de små elektroder, der kommer i kontakt med neuronerne, såvel som alle stik, skal være fleksibel, men alligevel holdbar nok til at modstå et relativt hårdt miljø i kroppen. Tidligere forsøg på at udvikle langvarige hjernegrænseflader har vist sig at være udfordrende, fordi kroppens naturlige biologiske reaktioner, såsom betændelse, forringe elektrodernes elektriske ydeevne over tid. Men hvad nu hvis vi havde en praktisk måde at lokalt administrere antiinflammatoriske lægemidler, hvor elektroderne kommer i kontakt med hjernen?

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Mikrosystemer og nanoteknik , et team af koreanske forskere udviklede en ny multifunktionel hjernegrænseflade, der samtidigt kan registrere neuronal aktivitet og levere flydende medicin til implantationsstedet. I modsætning til eksisterende stive enheder, deres design har en fleksibel 3D-struktur, hvor en række mikronåle bruges til at samle flere neurale signaler over et område, og tynde metalliske ledende linjer fører disse signaler til et eksternt kredsløb. Et af de mest bemærkelsesværdige aspekter af denne undersøgelse er, at ved strategisk stabling og mikrobearbejdning af flere polymerlag, det lykkedes forskerne at inkorporere mikrofluidkanaler i et plan parallelt med de ledende linjer. Disse kanaler er forbundet til et lille reservoir (som indeholder de lægemidler, der skal administreres) og kan føre en jævn strøm af væske mod mikronålene.

Holdet validerede deres tilgang gennem hjernegrænsefladeeksperimenter på levende rotter, efterfulgt af en analyse af lægemiddelkoncentrationen i vævet omkring nålene. De samlede resultater er meget lovende, som prof. Sohee Kim fra Daegu Gyeongbuk Institut for Videnskab og Teknologi (DGIST), Korea, hvem ledede undersøgelsen, bemærkninger:"Fleksibiliteten og funktionaliteterne af vores enhed vil hjælpe med at gøre den mere kompatibel med biologiske væv og mindske bivirkninger, som alle bidrager til at forlænge levetiden af ​​den neurale grænseflade."

Udviklingen af ​​holdbare multifunktionelle hjernegrænseflader har implikationer på tværs af flere discipliner. "Vores enhed kan være velegnet til hjerne-maskine-grænseflader, som gør det muligt for lammede mennesker at bevæge robotarme eller -ben ved hjælp af deres tanker, og til behandling af neurologiske sygdomme ved hjælp af elektrisk og/eller kemisk stimulering over år, " siger Dr. Yoo Na Kang fra Korea Institute of Machinery &Materials (KIMM), første forfatter til undersøgelsen.