Ученые разработали мягкие нанопровода из золота для применения в нейроинтерфейсах. Такие электроды по механическим свойствам оказались близки человеческим нервам.
Мягкие нанопровода из золота на силиконовой подложке / © Linköping University (LiU), Thor Balkhed
Нейроинтерфейсы, позволяющие передавать информацию из головного мозга напрямую в компьютер, становятся все ближе к повседневной реальности и уже не кажутся выдумкой из научно-фантастического фильма. Однако за созданием биосовместимых устройств, которые по своим свойствам близки к естественным нервным тканям человека, стоит множество сложностей и ограничений.
В первую очередь имплантируемые электроды должны быть безопасны. Необходимо, чтобы они состояли из инертных материалов и не вызывали механических повреждений нервных тканей. Это проблематично, поскольку для создания проводников обычно используют твердые металлы, а более мягкие серебряные устройства со временем окисляются, выделяя ионы серебра. В высокой концентрации эти ионы могут быть токсичны для человека.
Ученые из Линчепингского университета в Швеции придумали, как сделать электроды, которые хорошо проводят электрический ток, а по механическим свойствам близки к нервам. Исследователи получили золотые нанопровода и разместили их на силиконовой подложке, придающей электродам эластичность и растяжимость и обеспечивающей плотный контакт с нервом даже во время движения. Результаты работы ученые представили в журнале Small.
В качестве проводящего материала исследователи выбрали золото, поскольку оно нетоксично и одобрено для использования в нейронных имплантах. Однако ученые столкнулись с проблемой: получить тонкие и длинные структуры из золота крайне сложно. Поэтому они сначала «выращивали» нанопроволоки из серебра и наносили поверх них золото, используя серебряные проволоки в качестве шаблона, а затем удаляли серебро.
В результате получались нанопровода, содержащие более 99% золота, толщиной в 1000 раз меньше волоса. Провода помещали на силиконовые пленки, формируя восемь стимулирующих электродов и один противоэлектрод. Такие электроды получались мягкими и эластичными, а после растяжения не деформировались.
Для применения электродов в биомедицинских целях необходимо учитывать срок службы материалов. Ученые оценили стабильность золотых нанопроводов на силиконовых подложках и пришли к выводу, что они прослужат не менее трех лет.
Работу электрода in vivo проверили на крысе. Электрод оборачивали вокруг седалищного нерва и стимулировали с его помощью камбаловидную и большеберцовую мышцы, связанные с этим нервом. Помимо стимуляции нерва, электрод был способен улавливать нервные импульсы.
Разработка безопасных и биосовместимых электродов важна для создания нейроинтерфейсов медицинского назначения. Naked Science уже рассказывал о применении нейроинтерфейсов для восстановления после инсульта, а также писал о том, как с помощью этой технологии парализованному человеку вернули чувство осязания.
Кроме того, интерфейс «мозг — компьютер» могут применять для облегчения симптомов эпилепсии, хронической боли и болезни Паркинсона. Сейчас авторы нового исследования пытаются усовершенствовать полученный ими материал, работают над созданием электродов меньшего размера, которые будут иметь еще более тесный контакт с нейронами и позволят создавать высокочувствительные устройства.
