Магнітоелектричні імплантати дозволяють дистанційно відновлювати роботу нервів – Physics World

Дослідники з Університету Райса в США розробили бездротовий імплантат, який стимулює нейрони у відповідь на магнітні імпульси. Щоб забезпечити дистанційну роботу, команда розробила новий метаматеріал, який перетворює зовнішні магнітні поля в електричні сигнали, які можуть передаватися по нервах. У дослідженні, повідомленому в Матеріали природи, перший автор Джошуа Чен і його колеги продемонстрували, що пристрій може відновити нервову функцію у щурів. Вони припускають, що цей новий клас матеріалів може сприяти менш інвазивному лікуванню неврологічних та психічних захворювань.

Стимуляція нервової системи електричними полями була досліджена для лікування ряду розладів, включаючи хворобу Паркінсона та депресію. Електрод імплантується в мозок або нерв і з’єднується проводами із зовнішнім пристроєм, який посилає електричні сигнали до цільової тканини. Метою цього останнього дослідження було створення імплантату, який би працював дистанційно, вимагаючи менш інвазивної хірургії.

«Є терапевтичний ефект, якого ми намагаємося досягти без великого пристрою, який ми вставляємо в тіло», — пояснює нейроінженер Джейкоб Робінсон який керував проектом.

Такий імплантат мав би надсилати сигнал клітинам у відповідь на зовнішній стимул, і робити це з мілісекундною затримкою, а також бути достатньо малим, щоб забезпечити цілеспрямовану відповідь. Таке поєднання властивостей не зустрічається в природі чи в існуючих розроблених матеріалах.

Відповідає вимогам дистанційної нервової стимуляції

Магнітні поля проникають глибоко в організм, але стимулюють клітини менш ефективно, ніж електричні поля. Щоб забезпечити дистанційну реакцію клітини, команда розробила магнітоелектричний метаматеріал, який перетворює змінний магнітний сигнал в електричне поле. З обох боків пристрою є шар матеріалу, який створює деформацію у відповідь на магнітне поле, а в центрі знаходиться п’єзоелектричний матеріал, який створює електричне поле у ​​відповідь на деформацію.

Інші вчені вивчали магнітоелектричні матеріали для дистанційної стимуляції нейронів, але ці пристрої були надто повільними, щоб імітувати нейронні сигнали. Щоб мінімізувати час затримки, матеріал повинен працювати на його резонансній частоті, яка зазвичай становить кілька сотень кілогерц. Проте мембрани нервових клітин відфільтровують високочастотні сигнали, тому попередні пристрої були далекі від резонансу.

Ідея, яку розробила команда, полягала в тому, що імплантат можна сконструювати так, щоб стимулювати клітини, водночас приводячи матеріал до резонансу, перетворюючи струм у пристрої зі змінного струму на постійний. Щоб досягти цього, вони нанесли тонкоплівковий діод на метаматеріал таким чином, щоб струм під час роботи змінного струму проходив переважно в одному напрямку, що призвело до зміщення постійного струму.

Шоу імплантатів в природних умовах обіцянку

Як доказ концепції дослідники продемонстрували, що пристрій можна використовувати для відновлення нервової функції на тваринній моделі. Вони прикріпили імплантат до відірваного сідничного нерва в нозі щура і показали, що застосування магнітного імпульсу стимулює м’язи стопи тварини. Імплантат досяг цільового часу затримки 5 мс, що еквівалентно швидкості нейронної комунікації в тілі.

Пристрій виконує електромагнітні маніпуляції, які неможливо відтворити з природними матеріалами. Дослідники планують дослідити, чи можна мініатюризувати імплантат до мікро- або нанорозміру, що дозволить використовувати його в мозку та, можливо, у формі ін’єкцій.

Біорозкладаний провідник може відновити розриви в пошкоджених нервах

Робінсон додає, що вони також розглядають інші застосування, такі як джерела живлення, де можна використовувати нові магнітоелектричні ефекти. «Я вважаю, що існує цілий клас метаматеріалів, які ми можемо створити, де взаємозв’язок між магнітним та електричним полями належить нам розробити», — каже він.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/magnetoelectric-implants-enable-remote-restoration-of-nerve-function/