يقوم الباحثون بزراعة الإلكترونيات مباشرة داخل الأنسجة الحية

يوفر الربط بين الأنسجة العصبية والإلكترونيات طريقة لفحص خصائص الإشارات الكهربائية المعقدة للجهاز العصبي. يمكن أيضًا استخدام الأجهزة الإلكترونية المزروعة لتعديل الدوائر العصبية للوقاية من الأمراض المختلفة أو علاجها. لسوء الحظ ، هناك عدم توافق جوهري بين الركائز الإلكترونية الصلبة والأنسجة الرخوة ، مما قد يؤدي إلى إلحاق الضرر بالأنظمة الحية الدقيقة.

توصل الباحثون في السويد إلى طريقة للتغلب على هذا عدم التطابق ، عن طريق توليد أقطاب كهربائية داخل الجسم. الفريق - من جامعة لينشوبينج, جامعة لوند و جامعة جوتنبرج - طور طريقة لإنشاء مواد موصلة ناعمة وخالية من الركائز مباشرة داخل الأنسجة الحية ، باستخدام جزيئات الجسم كمحفزات.

النهج الموصوف في علوم، يبدأ بمحلول قابل للحقن مصنوع من مزيج معقد من السلائف الجزيئية. يحتوي هذا الجل على مونومر عضوي يُعرف باسم ETE-COONa ، بالإضافة إلى إنزيمات أوكسيديز (الجلوكوز أوكسيديز (GOx) أو أوكسيديز اللاكتات (LOx)) وبيروكسيداز الفجل المضمن في مصفوفة بوليمر جنبًا إلى جنب مع الروابط المتقاطعة. بعد الحقن ، تقوم الإنزيمات بتفكيك المستقلبات الذاتية في الأنسجة (الجلوكوز أو اللاكتات) ، مما يؤدي إلى بلمرة المونومر العضوي لتشكيل مادة هلامية مستقرة وناعمة.

لعدة عقود ، حاولنا إنشاء إلكترونيات تحاكي علم الأحياء. الآن ندع علم الأحياء يصنع لنا الإلكترونيات "، كما تقول جامعة لينشوبينج ماغنوس بيرجرين فى بيان صحفى.

في الجسم الحي تصنيع القطب

تحقق بيرجرين وزملاؤه من صحة عملية البلمرة التي يحفزها الإنزيم عن طريق حقن هلام الكوكتيل في سمكة الزرد الحية المخدرة. يتم حقن المواد الهلامية في زعانف ذيل الزرد المبلمرة في الجسم الحي، مما يخلق لونًا داكنًا مميزًا على طول تجاويف الزعنفة بالكامل. كان كل من الجلوكوز واللاكتات من المحفزات الفعالة ، حيث تسبب اللاكتات في بلمرة أسرع ، ويرجع ذلك على الأرجح إلى تركيزاته العالية في أنسجة الزرد.

قام الفريق بعد ذلك بحقن الكوكتيل بـ LOx باعتباره إنزيم أوكسيديز في أدمغة سمكة الزرد المخدرة ، وأجرى العمل بواسطة روجر أولسون من جامعة لوند. احتوت شرائح الدماغ المقطوعة على بوليمر أزرق داكن ، مما يشير إلى علامات البلمرة ، والتي أكدها الباحثون عبر مطيافية امتصاص الأشعة فوق البنفسجية.

لقد ميزوا السلوك الكهربائي لشرائح الدماغ عن طريق وضعها فوق مصفوفات أقطاب كهربائية دقيقة (MEAs) وإجراء قياسات في المناطق ذات البقع الداكنة. أظهرت شرائح الدماغ المجففة تيارًا خطيًا عند تطبيق جهد يتراوح بين 0.5 و 0.5 فولت. كان هذا التيار أعلى مما شوهد في عينات الأنسجة الضابطة.

الأهم من ذلك ، يبدو أن المواد الهلامية القائمة على LOx غير سامة. بعد ثلاثة أيام من بلمرة الهلام في الدماغ ، أظهر سمك الزرد سلوك السباحة الطبيعي ولم يكن في موقع الحقن أي علامات على تلف الأنسجة.

لم يتسبب حقن المواد الهلامية القائمة على GOx في أدمغة الزرد في حدوث البلمرة. كان هذا الأداء الضعيف متوقعا لأن أدمغة أسماك الزرد ، مثلها مثل نظيراتها البشرية ، معروفة بانخفاض نسبة الجلوكوز وتركيزات اللاكتات العالية.

قام الباحثون أيضًا بغمر قلوب الزرد المستخرجة في هلام الكوكتيل الذي يعتمد على GOx أو LOx. بالنسبة لكلا الجل ، لاحظوا خطوطًا زرقاء داكنة على سطح القلوب ، مما يشير إلى أن كلا من الجلوكوز واللاكتات يسببان البلمرة. أظهرت القلوب التي تمت إزالتها من الجل والمتكاملة مع الاتفاقات البيئية المتعددة الأطراف استجابة تيار خطي لتطبيق اكتساح الجهد الخطي ، وهو سلوك لم يُرى في عينات التحكم.

توضح هذه النتائج أن تكوين الموصلات الإلكترونية التي تغذيها المستقلبات الذاتية يمكن أن تطور إلكترونيات ناعمة في مختلف الأنسجة والبيئات البيولوجية. لتأكيد ذلك ، قام الباحثون بحقن المواد الهلامية في عينات من لحوم البقر ولحم الخنزير والدجاج والتوفو. لاحظوا البلمرة في جميع الأنسجة ، ولكن ليس في التوفو النباتي ، بسبب نقص أو انخفاض تركيز المستقلبات المطلوبة.

أخيرًا ، لدراسة إمكانية إنشاء أقطاب تسجيل وتحفيز لتطبيقات علم الأعصاب ، قام الفريق بحقن الجل في العلقات الطبية ، التي تحتوي على جهاز عصبي بسيط ويمكن الوصول إليه بسهولة. أظهروا أن الكوكتيلات القائمة على LOx بلمرة في الموقع ويمكنها ربط الأنسجة العصبية بأقطاب كهربائية ذهبية على مسبار مرن صغير.

جعل الصحة رقمية

يقول المؤلف الرئيسي المشارك: "تفتح نتائجنا طرقًا جديدة تمامًا للتفكير في علم الأحياء والإلكترونيات" هان بيسمانز، طالب دكتوراه في مختبر الإلكترونيات العضوية في Linköping. "لا يزال لدينا مجموعة من المشكلات التي يجب حلها ، ولكن هذه الدراسة هي نقطة انطلاق جيدة للبحث في المستقبل."

يقول بيرجرين إن أهداف الفريق الحالية تشمل تغيير كيمياء الكوكتيل للتحكم في مواقع الربط ، وتوفير أداة لبناء الأقطاب الكهربائية والإلكترونيات على مستوى الخلية. "نحن أيضًا نقيِّم الكوكتيلات ، وتعديلاتها ، في نماذج حيوانية أخرى أكبر ، لتمكين الاتصال بالدوائر الخارجية ، ثم لتحقيق تسجيل أو تشغيل الإشارات العصبية" ، كما يقول عالم الفيزياء.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/researchers-grow-electronics-directly-inside-living-tissue/