Ученые нашли способ соединить нервную систему человека с электроникой: мягкие золотые нити растягиваются вместе с движениями, не травмируя окружающие ткани.
Если верить старым немецким сказкам, где-то есть дьявольский чертенок по имени Румпельштильцхен, который может прясть солому в большие нити золота. Но создание длинных, тонких нитей золота — удивительно сложная задача: как обнаружила современная наука, металлические нанопровода обычно твердые и жесткие.
Теперь исследователи из Университета Линчёпинга преуспели в создании мягких, растягивающихся электродов с использованием кремния и нового процесса производства золотых нанопроводов. Команда считает, что это «мягкое золото» может быть использовано для соединения нервной системы организма с электроникой, открывая новые возможности для лечения таких заболеваний, как эпилепсия, болезнь Паркинсона или паралич.
Чтобы создать идеальное сочетание электрических систем и человеческого тела, исследователи хотят получить электроды с достаточно высокой проводимостью, чтобы их можно было использовать в электронике, но при этом обладающие механическими свойствами, аналогичными естественной мягкости тела.
«Классические проводники, используемые в электронике, — это металлы, которые очень твердые и жесткие. Механические свойства нервной системы больше напоминают мягкое желе», — сказал старший автор исследования Клас Тибрандт, профессор материаловедения в Лаборатории органической электроники Линчёпингского университета. «Чтобы добиться точной передачи сигнала, нам нужно подобраться очень близко к соответствующим нервным волокнам, но поскольку тело постоянно находится в движении, достижение тесного контакта между чем-то твердым и чем-то мягким и хрупким становится проблемой».
В идеале исследователи могли бы взять длинные нити золотой нанопроволоки, встроить их в некое подобие силиконового каучукового желе, и это решило бы проблему, создав мягкую и упругую версию традиционных золотых проволок на кремниевом компьютерном чипе. Но в реальности есть много препятствий, которые необходимо преодолеть, чтобы сделать это возможным. А именно, присущие золоту свойства чрезвычайно затрудняют работу с длинными и узкими наноструктурами.
В отличие от золота, серебро является очень хорошим металлом для изготовления нанопроводов; оно уже используется в некоторых других типах растягивающихся наноматериалов. Но серебро химически реактивно, и так же, как серебряные украшения могут со временем потускнеть, серебро в нанопроводах начнет разрушаться, так что ионы серебра вытекут. В достаточно больших количествах это серебро может представлять опасность для здоровья.
Решение состояло в том, чтобы начать с тонкой нанопроволоки из чистого серебра, которую затем можно было бы использовать в качестве основы для создания длинных золотых наноструктур, что фактически позволило бы обойти трудности, связанные с выращиванием золотых нанопроволок с нуля.
«Поскольку возможно изготавливать серебряные нанопроволоки, мы воспользовались этим и использовали серебряную нанопроволоку как своего рода шаблон, на котором мы выращиваем золото. Следующий шаг в этом процессе — удалить серебро. Как только это сделано, у нас есть материал, содержащий более 99% золота. Так что это своего рода трюк, чтобы обойти проблему изготовления длинных узких золотых наноструктур», — объяснил Тибрандт.
Используя эту технологию, команда Тибрандта успешно синтезировала золотые нанопроволоки, которые они поместили между двумя листами мягкой силиконовой резины, образовав мягкий, растягивающийся микроэлектрод.
Механические испытания показали, что композит золотая нанопроволока–силикон обладает высокой проводимостью, обратимой растяжимостью и мягкостью, подобной нерву. На основании результатов этих испытаний команда подсчитала, что мягкие многоэлектродные нервные манжеты на основе этого композита могут оставаться стабильными в организме в течение как минимум 3 лет.
Группа также оценила стимуляцию периферических нервов с использованием модели седалищного нерва крысы, что показало, что новый мягкий электрод может стимулировать нерв крысы, а также улавливать сигналы, посылаемые этим нервом.
«Нам удалось создать новый, лучший наноматериал из золотых нанопроводов в сочетании с очень мягкой силиконовой резиной. Благодаря их совместной работе появился проводник с высокой электропроводностью, очень мягкий и изготовленный из биосовместимых материалов, которые функционируют вместе с организмом», — сказал Тибрандт.
Исследователи из Университета Линчёпинга сейчас сосредоточены на совершенствовании этого материала с целью создания различных типов электродов, которые будут еще меньше и смогут вступать в более тесный контакт с нервными клетками.
Оригинал статьи можно прочитать здесь.
Больше информации о самых интересных научных открытиях и удивительных исторических фактах читайте на нашем сайте «Совятня».
Интересные новости, советы по здоровью, ответы на популярные вопросы и цитаты великих ученых ищите в Telegram.
Фото: Frepik
