اتصال اعصاب و الکترونیک

طلای نرم ارتباط بین اعصاب و الکترونیک را امکان پذیر می کند

طلا به راحتی به نخ های بلند و نازک تبدیل نمی شود. اما محققان دانشگاه لینشوپینگ در سوئد اکنون موفق به ایجاد نانوسیم های طلا و توسعه الکترودهای نرمی شده اند که می توانند به سیستم عصبی متصل شوند. الکترودها مانند اعصاب نرم، کشش پذیر و رسانای الکتریکی هستند و برای مدت طولانی در بدن باقی می مانند.

برخی از مردم “قلب طلا” دارند، پس چرا “اعصاب طلا” نداشته باشیم؟ در آینده ممکن است بتوان از این فلز گرانبها در رابط های نرم برای اتصال وسایل الکترونیکی به سیستم عصبی برای اهداف پزشکی استفاده کرد. چنین فناوری می تواند برای کاهش شرایطی مانند صرع، بیماری پارکینسون، فلج یا درد مزمن استفاده شود. با این حال، ایجاد رابطی که در آن وسایل الکترونیکی بتوانند با مغز یا سایر بخش‌های سیستم عصبی ملاقات کنند، چالش‌های ویژه‌ای را ایجاد می‌کند.

هادی های کلاسیک مورد استفاده در الکترونیک فلزات هستند که بسیار سخت و سفت هستند. خواص مکانیکی سیستم عصبی بیشتر یادآور ژله نرم است. برای اینکه بتوانیم سیگنال دقیقی را ارسال کنیم، باید به رشته های عصبی بسیار نزدیک شویم. کلاس تایبرانت، استاد علم مواد در آزمایشگاه الکترونیک آلی در دانشگاه لینشوپینگ، می‌گوید: «از آنجایی که بدن دائماً در حرکت است، دستیابی به تماس نزدیک بین چیزی که سخت است و چیزی که نرم و شکننده است، مشکل ساز می‌شود. که تحقیق را رهبری کرد.

بنابراین محققان می خواهند الکترودهایی بسازند که رسانایی خوب و همچنین خواص مکانیکی مشابه نرمی بدن داشته باشند. در سال‌های اخیر، مطالعات متعددی نشان داده‌اند که الکترودهای نرم به اندازه الکترودهای سخت به بافت آسیب نمی‌رسانند. در مطالعه کنونی که در مجله Small منتشر شده است، گروهی از محققان دانشگاه لینکوپینگ نانوسیم‌های طلا را ساخته‌اند – هزار برابر نازک‌تر از مو – و آنها را در یک ماده الاستیک برای ایجاد میکروالکترودهای نرم جاسازی کرده‌اند.

“ما موفق به ساخت یک نانو ماده جدید و بهتر از نانوسیم‌های طلا در ترکیب با یک لاستیک سیلیکونی بسیار نرم شده‌ایم. کارکردن اینها با هم منجر به رسانایی با رسانایی الکتریکی بالا، بسیار نرم و ساخته شده از مواد زیست سازگار با عملکرد شده است. با بدن، “کلاس تایبرانت می گوید.

از لاستیک سیلیکونی در ایمپلنت های پزشکی مانند پروتز سینه استفاده می شود. الکترودهای نرم همچنین شامل طلا و پلاتین هستند، فلزاتی که در وسایل پزشکی برای استفاده بالینی رایج هستند. با این حال، ساخت نانوساختارهای بلند و باریک طلا بسیار دشوار است. این تا کنون یک مانع بزرگ بوده است، اما محققان اکنون راهی جدید برای تولید نانوسیم‌های طلا ارائه کرده‌اند. و آنها این کار را با استفاده از نانوسیم های نقره انجام می دهند.

از آنجایی که نقره دارای خواص منحصر به فردی است که آن را به ماده ای بسیار خوب برای ایجاد نانوسیم هایی تبدیل می کند که محققان به دنبال آن هستند، در برخی از نانومواد قابل کشش استفاده می شود. مشکل نقره این است که از نظر شیمیایی واکنش پذیر است. همانطور که کارد و چنگال نقره در طول زمان زمانی که واکنش‌های شیمیایی روی سطح اتفاق می‌افتد تغییر رنگ می‌دهد، نقره در نانوسیم‌ها تجزیه می‌شود و یون‌های نقره به بیرون نشت می‌کنند. در غلظت کافی، یون های نقره می توانند برای ما سمی باشند.

زمانی بود که لورا سوفرت، دانشجوی دکترا در گروه تحقیقاتی کلاس تایبراند، در حال کار بر روی یافتن راهی برای سنتز، یا «رشد» نانوسیم‌های طلا بود که رویکرد جدیدی را ارائه کرد که فرصت‌های جدیدی را به وجود آورد. در ابتدا کنترل شکل نانوسیم ها دشوار بود. اما سپس راهی را کشف کرد که منجر به سیم های بسیار صاف شد. او به جای تلاش برای رشد نانوسیم های طلا از ابتدا، با یک نانوسیم نازک ساخته شده از نقره خالص شروع کرد.

“از آنجایی که امکان ساخت نانوسیم نقره وجود دارد، ما از این مزیت استفاده می کنیم و از نانوسیم نقره به عنوان نوعی الگوی استفاده می کنیم که روی آن طلا می کاریم. مرحله بعدی در این فرآیند حذف نقره است. پس از انجام این کار، ما یک ماده داریم. که بیش از 99 درصد طلا در خود دارد، بنابراین برای حل مشکل ساخت نانوساختارهای باریک طلا کمی ترفند است.

با همکاری پروفسور Simon Farnebo در گروه علوم زیستی پزشکی و بالینی در دانشگاه لینکوپینگ، محققین پشت این مطالعه نشان داده‌اند که میکروالکترودهای نرم و الاستیک می‌توانند عصب موش را تحریک کنند و همچنین سیگنال‌های عصب را دریافت کنند.

در کاربردهایی که قرار است لوازم الکترونیکی نرم در بدنه تعبیه شود، مواد باید برای مدت طولانی، ترجیحاً مادام العمر، دوام بیاورند. محققان پایداری مواد جدید را آزمایش کرده‌اند و به این نتیجه رسیده‌اند که حداقل سه سال دوام می‌آورد که بهتر از بسیاری از نانومواد توسعه‌یافته تاکنون است.

تیم تحقیقاتی اکنون در حال کار بر روی پالایش مواد و ایجاد انواع مختلفی از الکترودها هستند که حتی کوچکتر هستند و می توانند با سلول های عصبی تماس نزدیک تری داشته باشند.