Это звучит маловероятно, пока вы не посетите лабораторию Чарльза Либера.Группа международных исследователей во главе с Либером, профессором химии Марком Хайманом, младшим, разработала метод изготовления электронных каркасов нанометрового размера, которые можно вводить с помощью шприца. После подключения к электронным устройствам каркасы могут использоваться для мониторинга нейронной активности, стимуляции тканей и даже стимулирования регенерации нейронов.
Исследование описано в статье от 8 июня в Nature Nanotechnology.В работе участвовали Цзя Лю, Тянь-Мин Фу, Зенггуанг Ченг, Госун Хун, Тао Чжоу, Лихуа Цзинь, Мадхави Дуввури, Чжэ Цзян, Питер Крускал, Чонг Се, Чжиган Суо, Ин Фанг.«Я действительно чувствую, что это может быть революционным», — сказал Либер. «Это открывает совершенно новый рубеж, на котором мы можем исследовать интерфейс между электронными структурами и биологией. За последние тридцать лет люди внесли постепенные улучшения в методы микропроизводства, которые позволили нам делать жесткие зонды все меньше и меньше, но не один обратился к этой проблеме — электронному / клеточному интерфейсу — на уровне, на котором работает биология ».
Идея слияния биологического и электронного не нова для Либера.В более раннем исследовании ученые из лаборатории Либера продемонстрировали, что каркасы могут быть использованы для создания ткани «киборга» — когда сердечные или нервные клетки выращиваются со встроенными каркасами.
Затем исследователи смогли использовать устройства для записи электрических сигналов, генерируемых тканями, и для измерения изменений этих сигналов при введении кардио- или нейростимулирующих препаратов.«Мы смогли продемонстрировать, что можем создать этот каркас и культивировать в нем клетки, но на самом деле у нас не было идеи, как вставить его в уже существующую ткань», — сказал Либер. «Но если вы хотите изучить мозг или разработать инструменты для исследования интерфейса мозг-машина, вам нужно воткнуть что-то в тело. При полном снятии каркаса электроники с производственной подложки мы заметили, что он был почти невидимым и очень гибкий, как полимер, и может буквально всасываться в стеклянную иглу или пипетку. Оттуда мы просто спросили, можно ли доставить сетчатую электронику с помощью инъекции иглы шприца, процесса, характерного для доставки многих видов в биологии и медицине. — вы можете пойти к врачу, сделать ему укол, и все будет в порядке ».
Хотя это не первые попытки имплантации электроники в мозг — глубокая стимуляция мозга использовалась для лечения множества заболеваний на протяжении десятилетий — нанотехнологические каркасы действуют в совершенно другом масштабе.«Существующие методы являются грубыми по сравнению с тем, как устроен мозг», — объяснил Либер. «Будь то силиконовый зонд или гибкие полимеры … они вызывают воспаление в ткани, которое требует периодического изменения положения или стимуляции.
Но с нашей инъекционной электроникой, как будто ее вообще нет. Они в миллион раз гибче чем любая современная гибкая электроника и имеют размеры субклеточных элементов.
Их я называю «нейрофильными» — они действительно любят взаимодействовать с нейронами ».Несмотря на их огромный потенциал, изготовление каркасов для инъекций на удивление легко.
«В этом вся прелесть — он совместим с традиционными технологиями производства», — сказал Либер.Этот процесс аналогичен травлению микрочипов и начинается с нанесения растворимого слоя на подложку.
Чтобы создать каркас, исследователи выложили сетку из нанопроволок, зажатых слоями органического полимера. Затем первый слой растворяется, оставляя гибкую сетку, которую можно втянуть в иглу шприца и ввести, как и при любой другой инъекции.После инъекции вход / выход сетки можно подключить к стандартной измерительной электронике, чтобы можно было адресовать интегрированные устройства и использовать их для стимуляции или регистрации нейронной активности.«Подобные вещи никогда не делались раньше, как с фундаментальной нейробиологии, так и с медицинской точки зрения», — сказал Либер. «Это действительно интересно — есть много потенциальных приложений».
По словам Либера, в дальнейшем исследователи надеются лучше понять, как мозг и другие ткани реагируют на вводимую электронику в течение более длительных периодов времени.Управление технологического развития Гарварда подало заявку на предварительный патент на технологию и активно ищет возможности коммерциализации.
«Эти результаты могут доказать, что это действительно жизнеспособная технология», — сказал Либер. «Идея возможности точно позиционировать и записывать данные из очень определенных областей или даже из определенных нейронов в течение длительного периода времени — я думаю, это может оказать огромное влияние на нейробиологию».