Божи Тиан, возглавлявший одну из исследовательских групп Чикагского университета, сказал, что частицы могут создавать уникальные биоинтерфейсы на клеточных мембранах, потому что они деформируемы, но все же могут вызывать локальный электрический эффект.«Биологические системы мягкие, и если вы хотите разработать устройство, которое может нацеливаться на эти ткани или органы, вы должны также согласовать их механический интерфейс», — сказал Тиан. «Большинство современных имплантатов жесткие, и это одна из причин, по которой они могут вызывать воспаление».
Со временем биоинтерфейсы, сделанные из этих частиц, также будут деградировать, в отличие от альтернативных материалов, таких как золото и углерод, сказал соавтор исследования Юаньвэнь Цзян, аспирант группы Tian. Это означает, что для будущих применений пациентам не нужно будет проходить вторую процедуру для удаления частиц.Цзян и Тянь заявили, что, по их мнению, у этого материала есть много потенциальных применений в биомедицине, потому что частицы и свет можно использовать для возбуждения многих типов клеток.
Мезоструктурированный кремний, названный так из-за сложной внутренней структуры наноскопических проволок, был создан с использованием процесса, называемого нанолитьем.Чтобы получить частицы, каждая размером от одного до пяти микрометров, исследователи заполнили структуру улья из синтетического диоксида кремния полупроводящим кремнием так же, как кузнец заливал бы расплавленный металл в чугунную форму. Затем внешнюю форму протравили кислотой, оставив пучок проводов, соединенных тонкими перемычками.Чтобы проверить, могут ли частицы изменить поведение клеток, команда ввела образец в культивируемые нейроны ганглиев задних корешков крыс, которые находятся в периферической нервной системе.
Команда смогла активировать нейроны, используя импульсы света, чтобы нагреть частицы кремния, заставляя ток течь через клетки.В обычных биоинтерфейсах материалы должны быть подключены к источнику энергии, но поскольку исследователям нужно только применять свет, чтобы использовать частицы кремния, новая система является полностью беспроводной. Исследователи могут просто ввести частицы в нужную область и активировать их через кожу.
«Нейромодуляция может полностью использовать преимущества этого материала, включая его оптические, механические и термические свойства», — сказал Цзян.По его словам, наряду с последствиями, которые контроль нейронов может иметь с нейродегенеративными расстройствами, исследователи в лаборатории Тиана использовали аналогичные материалы для управления биением сердечных клеток.Авторы статьи использовали ресурсы Аргоннского рентгенологического и химического научно-технического и инженерного отделов и Центра наноразмерных материалов, Управления научных исследований Министерства энергетики США.Исследователи использовали пучки лучей 12-ID-B и 32-ID в Advanced Photon Source, который также является пользовательским центром Министерства энергетики США, для проведения измерений рассеяния рентгеновских лучей, а также нанокомпьютерной томографии с просвечивающей рентгеновской микроскопией. образцы, сканирующая электронная микроскопия и просвечивающая электронная микроскопия.
Центр наноразмерных материалов предоставил инструменты для литографии с фокусированным ионным пучком и специальные знания, а также инструменты для изготовления оптических масок.