Neuroniniuose implantuose yra integruotų grandynų (IC), paprastai vadinamų lustais, pastatytais ant silicio. Šie implantai turi būti maži ir lankstūs, kad imituotų žmogaus kūno sąlygas. Tačiau kūno aplinka yra ėsdinanti, o tai kelia susirūpinimą dėl implantuojamų silicio IC patvarumo.
Delfto technikos universiteto (Nyderlandai) mokslininkų komanda, vadovaujama dr. Vasiliki (Vasso) Giagka, sprendžia šį iššūkį tirdama silicio IC skaidymosi mechanizmus organizme ir padengdama juos minkštais PDMS elastomerais, kad susidarytų kūno ir skysčio barjerai. kurios užtikrina ilgalaikę implantuojamų lustų apsaugą. Šie atradimai ne tik padidina implantuojamų IC ilgaamžiškumą, bet ir žymiai išplečia jų pritaikymą biomedicinos srityje.
Straipsnis apie šį projektą paskelbtas m Gamtos komunikacijos.
Svarbūs smegenų ligų tyrimai
Neuroniniai implantai yra labai svarbūs tiriant smegenis ir kuriant gydymo būdus pacientams, sergantiems tokiomis ligomis kaip Parkinsono liga ar klinikinė depresija. Neuroniniai implantai elektra stimuliuoja, blokuoja arba įrašo signalus iš neuronų ar neuroninių tinklų smegenyse. Tyrimams ir gydymui, o ypač ilgalaikiam naudojimui, šie nerviniai implantai turi būti patvarūs.
„Miniatūriniai nerviniai implantai turi didžiulį potencialą pakeisti sveikatos priežiūrą, tačiau jų ilgalaikis stabilumas organizme kelia didelį susirūpinimą“, – aiškina Delfto technikos universiteto mokslininkas Vasso Giagka. „Mūsų tyrimai ne tik nustato pagrindinius iššūkius, bet ir pateikia praktines gaires, kaip padidinti šių prietaisų patikimumą, priartindami mus prie saugių ir ilgalaikių klinikinių sprendimų.
Tyrėjai per vienerius metus įvertino lustų (iš dviejų skirtingų gamintojų, dar žinomų kaip liejyklos) elektrines ir medžiagų charakteristikas, atlikdami pagreitintus in vitro ir in vivo tyrimus. Jie naudojo plikas silicio IC struktūras ir integravo jas su minkštais PDMS elastomerais, kad sudarytų kūno ir skysčio barjerus, užtikrinančius ilgalaikę implantuojamų lustų apsaugą.
Tyrime panaudoti lustai buvo iš dalies padengti PDMS (polidimetilsiloksanu), kuris yra polimeras, kuriame yra silicio. Taip ant lustų buvo sukurti du sritys: plikas štampavimo sritis ir PDMS padengta sritis. Atliekant pagreitintą in vitro tyrimą, lustai buvo mirkomi karštame sūriame vandenyje ir elektriškai pakreipti (veikiami nuolatinės elektros srovės). Lustai buvo periodiškai stebimi, o rezultatai parodė stabilų elektrinį veikimą. Tai parodė, kad lustai išliko veikiantys, net ir tiesiogiai veikiami kūno skysčių.
Lustų medžiagų analizė atskleidė, kad plikuose regionuose lustai degradavo, tačiau PDMS padengtuose regionuose degradacija buvo ribota.
Tai rodo, kad PDMS yra labai tinkamas kapsuliatorius metų trukmės implantavimui. Šios įžvalgos suteiks informacijos ir leis sukurti naujausius mikroschemų masto aktyvius bioelektroninius implantus, skirtus minimaliai invazinėms smegenų ir kompiuterio sąsajoms bei lėtiniams neuromoksliniams tyrimams. Remiantis naujomis įžvalgomis, siūlomos gairės, kurios gali padidinti implantuojamų lustų ilgaamžiškumą ir išplėsti jų pritaikymą biomedicinos srityje.
„Visi buvome nustebinti“, – sako dr. studentas Kambizas Nanbakhshas, kuris yra pirmasis šio kūrinio autorius. „Nesitikėjau, kad mikroschemos bus tokios stabilios, kai mirkomos ir elektra įstrigo karštame sūriame vandenyje.
Vasso taip pat labai džiaugiasi tyrimo rezultatais. „Mūsų išvados rodo, kad kruopščiai suprojektuoti švarūs silicio lustai gali patikimai veikti organizme kelis mėnesius. Spręsdami ilgalaikius patikimumo iššūkius atveriame naujas duris miniatiūriniams nerviniams implantams ir skatiname naujos kartos bioelektronikos kūrimą. prietaisai klinikiniams tikslams“.
Vasso pabrėžia apsauginį PDMS vaidmenį. „Šis darbas atskleidžia svarbų silikoninės kapsulės vaidmenį apsaugant implantuojamus integrinius grandynus nuo degradacijos. Prailgindami nervinių implantų tarnavimo laiką, mūsų tyrimas atveria kelius į patvaresnes ir efektyvesnes smegenų ir kompiuterių sąsajų bei medicininės terapijos technologijas.”
Kambizas nuoširdžiai sutinka su Vasso: „Tai buvo ilgas tyrimas, bet tikimės, kad rezultatai bus naudingi daugeliui“.