Науковці зі шведських університетів Лінчепінга, Лунда і Гетеборга запропонували рішення однієї з критичних проблем на шляху до масового розвитку кіборгів. Сьогодні для підключення будь-якої електроніки потрібно виконувати дорогу та ризиковану операцію зі вживлення електродів у тіло користувача. Учені запропонували вирощувати такі електроди безпосередньо в тілі.
«Протягом кількох десятиліть ми намагалися створити електроніку, яка імітує біологію. Тепер ми дозволяємо біології створити для нас електроніку», — каже професор Магнус Берггрен з Лабораторії органічної електроніки LOE в Університеті Лінчепінга.
Зв’язок електроніки з біологічною тканиною важливий для розуміння складних біологічних функцій, боротьби з хворобами мозку та розробки майбутніх інтерфейсів між людиною та машиною (BCI). Однак звичайна біоелектроніка, розроблена паралельно з напівпровідниковою промисловістю, має фіксований і статичний дизайн, який важко та іноді неможливо поєднати з живими біологічними сигнальними системами.
Струмопровідний матеріал
Щоб подолати цей розрив між біологією та кремнієвими технологіями, дослідники розробили метод створення м’яких електропровідних матеріалів у живій тканині. Вводячи гель, що містить ферменти як «збірні молекули», дослідники змогли виростити електроди в тканинах рибок даніо та медичних п’явок.
«Контакт із речовинами організму змінює структуру гелю та робить його електропровідним, чого він не має до введення. Залежно від тканини ми також можемо регулювати склад гелю, щоб запустити електричний процес», — каже Ксенофон Стракосас, дослідник LOE та Лундського університету та один із головних авторів дослідження.
Ендогенних молекул організму достатньо, щоб запустити утворення електродів. Немає необхідності в генетичній модифікації або зовнішніх сигналах, таких як світло або електрична енергія, що було необхідно в попередніх експериментах. Шведським дослідникам це вдалося першими у світі.
Їх дослідження прокладає шлях до нової парадигми в біоелектроніці. Там, де раніше для запуску електронних процесів в організмі були потрібні імплантовані фізичні об’єкти, у майбутньому буде достатньо ін’єкції в’язкого гелю.
Повністю інтегрований
У своєму дослідженні вчені також показують, що метод може націлити електронно-провідний матеріал на певні біологічні субструктури і таким чином створити відповідні інтерфейси для нервової стимуляції. У довгостроковій перспективі може бути можливим виготовлення повністю інтегрованих електронних схем у живих організмах.
В експериментах, проведених в Університеті Лунда, команда успішно досягла формування електродів у мозку, серці та хвостових плавниках рибок даніо та навколо нервової тканини медичних п’явок. Тварини не постраждали від ін’єкційного гелю і також не відчули не вплив на них утворенням електрода. Однією з багатьох проблем у цих випробуваннях було взяти до уваги імунну систему тварин.
«Внісши розумні зміни в хімію, ми змогли розробити електроди, які були сприйняті тканиною мозку та імунною системою.
«Рибка даніо є чудовою моделлю для дослідження органічних електродів у мозку», — говорить професор Роджер Олссон з медичного факультету Лундського університету, який також має хімічну лабораторію в Університеті Гетеборга.
Багато років у створенні
Ініціатором дослідження виступив професор Роджер Олссон, який прочитав про електронну троянду, розроблену дослідниками з Університету Лінчепінга в 2015 році.
Однією з проблем дослідження та важливою відмінністю між рослинами та тваринами була різниця в структурі клітин. У той час як рослини мають жорсткі клітинні стінки, які дозволяють утворювати електроди, клітини тварин більше схожі на м’яку масу. Створення гелю з достатньою структурою та правильною комбінацією речовин для формування електродів у такому середовищі було проблемою, на вирішення якої пішло багато років.
«Наші результати відкривають абсолютно нові способи мислення про біологію та електроніку. У нас ще є низка проблем, які потрібно вирішити, але це дослідження є хорошою відправною точкою для майбутніх досліджень», — каже Ханне Бісманс, докторант LOE та один із головних авторів.
За матеріалами: Link?ping University
