Znanstveniki s 3D tiskalnikom natisnili upogljive mehke senzorje za vgradnjo v možgane

Znanstveniki so razvili inovativne, mehke 3D-tiskano senzorje, ki se popolnoma prilagajajo edinstvenim gubam posameznih možganov. Ta tehnologija obeta natančnejše branje električnih signalov in varnejšo uporabo pri bolnikih z epilepsijo ali gibalnimi motnjami, saj odpravlja vrzeli, ki nastanejo pri uporabi standardnih togih naprav, in zmanjšuje tveganje za poškodbe občutljivega tkiva.

Foto: earth.com

V svetu nevrokirurgije in nevrologije natančnost pomeni vse. Standardne naprave za elektrokortikografijo, ki beležijo signale neposredno s površine možganov, so pogosto toge in ravne. Ker pa so človeški možgani prepredeni z unikatnimi »brazdami« in »gubami«, ti senzorji ne morejo vzpostaviti popolnega stika. Dr. Tao Zhou z univerze Pennsylvania State University (PSU) pa je s svojo ekipo dokazal, da prav ta neustrezna prilagoditev povzroča šum v signalih, kar otežuje delo zdravnikom, ki potrebujejo jasne podatke za zdravljenje bolezni, kot je epilepsija.

Rešitev so poiskali v uporabi hidrogela, materiala bogatega z vodo, ki je izjemno prilagodljiv. Z uporabo tehnike 3D-tiskanja, imenovane neposredno pisanje s črnilom, so ustvarili senzorje s strukturo satovja. Ta oblika omogoča napravi, da se upogne brez trganja, hkrati pa drastično zmanjša togost elektrod, ne da bi pri tem trpela njihova mehanska trdnost. Senzor je sestavljen iz treh plasti: izolacijske plasti, ki ohranja obliko, in prevodne plasti gela, ki prenaša signale.

Testiranja na digitalnih modelih, izdelanih iz magnetnoresonančnih slik prostovoljcev, so pokazala fascinantne rezultate. Medtem ko so togi kontrolni senzorji puščali vrzeli med 0,41 cm in 0,53 cm, so novi mehki senzorji v povprečju imeli le 0,25 cm razmika. To pomeni, da je skoraj vsaka elektroda na senzorju dosegla uporaben stik z možgansko površino.

Električni testi so potrdili, da prevodni polimerni hidrogel ohranja nizko upornost (pod 10 kilohmov), kar zagotavlja čist prenos podatkov. Pri testih na podganah so ti personalizirani senzorji pokazali bistveno boljše razmerje med signalom in šumom, predvsem na robovih, kjer se običajne naprave najpogosteje odlepijo od tkiva.

Varnostni testi po 28 dneh so potrdili, da odprta struktura ne ovira pretoka možganske tekočine in ne povzroča brazgotinjenja ali imunskih odzivov. Čeprav so potrebne še nadaljnje raziskave na ljudeh, ta korak odpira pot v prihodnost, kjer bo vsaka medicinska naprava izdelana po meri pacienta.