Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT, США) разработали способ 3D-печати для создания мягких, гибких нейронных имплантатов, которые могут соответствовать контурам мозга и контролировать активность в течение более длительных периодов, чем их металлические аналоги. При этом резиновые имплантаты не вредят окружающим тканям. Гибкая электроника поможет ослабить симптомы болезни Паркинсона, эпилепсии, пишет пресс-служба MIT. Описание разработки появилось в журнале Nature Communications.
Устройства изготовлены из мягкого электропроводящего пластика. Команда преобразовала этот обычно жидкий проводящий полимерный раствор в вещество, похожее на вязкую зубную пасту, которую они могли затем пропустить через обычный 3D-принтер для печати стабильных мягких электронных устройств со сложным рисунком, таких как гибкие схемы и однонейронные электроды.
Команда напечатала несколько мягких электронных устройств, в том числе небольшой резиновый электрод, который они вживили в мозг мыши. Когда мышь свободно двигалась в контролируемой среде, нейронный зонд мог улавливать активность одного нейрона. Мониторинг этой активности может дать ученым более точную картину мозговой активности, а также помочь в подборе методов лечения и долгосрочных имплантатов мозга для различных неврологических расстройств: например, эпилепсии, болезни Паркинсона и тяжелой депрессии.
От мыльной воды до зубной пасты
Проводящие полимеры – это класс материалов, которые ученые охотно исследовали в последние годы за их уникальное сочетание пластичной гибкости и металлической электропроводности. Проводящие полимеры коммерчески используются в качестве антистатических покрытий, так как они могут эффективно отводить любые электростатические заряды, которые накапливаются на электронике и других статических поверхностях.
Эти полимерные растворы легко распыляются на электрические устройства, такие как сенсорные экраны, добавляют авторы работы. Но жидкую форму этого пластика нельзя использовать для 3D-печати.
Поэтому исследователи решили изменить структуру проводящего полимера PEDOT: PSS, который обычно поставляют в виде чернильной темно-синей жидкости. Жидкость представляет собой смесь воды и нановолокон PEDOT: PSS. Она получает свою проводимость от этих нановолокон, которые, когда они вступают в контакт, действуют как своего рода туннель, через который может протекать любой электрический заряд.
Если бы исследователи должны были подать этот полимер в 3D-принтер в жидком виде, принтер стал бы «кровоточить» чернилами. Чтобы этого избежать, ученые сгустили полимер при сохранении электрической проводимости, присущей материалу. Сначала они удалили жидкость из материала – и остался только сухой каркас, или губка из нановолокон. Чтобы нановолокна не треснули (так как они стали хрупкими), исследователи смешали их с раствором воды и органического растворителя, который они ранее разработали, чтобы сформировать гидрогель – резиновый материал на водной основе, начененный нановолокнами.
В результате они создали гидрогели с различными концентрациями нановолокон и обнаружили, что в диапазоне от 5 до 8% по массе нановолокон образуется материал, похожий на зубную пасту, который является электропроводящим и пригодным для подачи в 3D-принтер.
[Фото: COURTESY OF THE RESEARCHERS]
