Исследователи объединили технологию точной струйной печати с биофункциональными термоплазмонными наночастицами, чтобы получить «метод селективной нано-фототермической нейронной стимуляции».Исследовательская группа профессора Юнки Нама из Департамента био- и мозговой инженерии ожидает, что это послужит технологией, позволяющей персонализировать точную нейромодуляционную терапию для пациентов с неврологическими расстройствами.Метод нанофотермической нейронной стимуляции использует термоплазмонный эффект металлических наночастиц для модуляции активности нейронных сетей.
Благодаря термоплазмонному эффекту металлические наночастицы могут поглощать определенную длину волны освещенного света, чтобы эффективно генерировать локализованное тепло. Группа исследователей обнаружила ингибирующее поведение спонтанной активности нейронов при фототермической стимуляции четыре года назад. С тех пор они разработали эту технологию для управления гиперактивным поведением нейронов и нервных цепей, которое часто встречается при неврологических расстройствах, таких как эпилепсия.
Чтобы преодолеть ограничение на пространственную селективность и разрешение ранее разработанного нанофотермического метода, команда приняла технологию струйной печати для создания микротекстур плазмонных наночастиц (несколько десятков микрон) и успешно продемонстрировала, что нанофотермические наночастицы стимуляция может применяться выборочно в соответствии с напечатанными рисунками.Исследователи применили метод послойного нанесения полиэлектролитного покрытия на подложки для печати, чтобы улучшить точность рисунка и добиться однородной сборки наночастиц. Электростатическое притяжение между напечатанными наночастицами и покрытой печатной подложкой также способствовало стабильности прикрепленных наночастиц. Поскольку полиэлектролитное покрытие является биосовместимым, биологические эксперименты, включая культивирование клеток, возможны с использованием технологии, разработанной в этой работе.
Используя напечатанные частицы золотых наностержней с разрешением в несколько десятков микрон на площади в несколько сантиметров, исследователи показали, что очень сложные тепловые узоры могут быть точно сформированы при световом освещении в соответствии с печатным изображением.Наконец, команда подтвердила, что напечатанные тепловые узоры могут выборочно и мгновенно подавлять активность культивируемых нейронов гиппокампа при освещении ближним инфракрасным светом.
Поскольку процесс печати применим к тонким и гибким подложкам, эту технологию можно легко применить к имплантируемым устройствам для лечения неврологических расстройств и носимым устройствам. Выборочно применяя тепловые схемы только к желаемым клеточным областям, пациенты могут применять индивидуализированную и персонализированную фототермическую нейромодуляционную терапию.«Тот факт, что любые желаемые тепловые узоры могут быть просто« напечатаны »в любом месте, расширяет применимость этой технологии во многих областях техники.
В биоинженерии ее можно применять к нейронным интерфейсам, используя свет и тепло для модуляции физиологических функций. В качестве еще одного инженерного приложения, например, напечатанные тепловые изображения могут быть использованы в качестве новой концепции приложений для защиты от подделок », — сказал главный исследователь KAIST Юнки Нам.
Эта работа, под руководством доктора Хонки Канга, была опубликована в ACS Nano 5 февраля 2018 года.