Группа ученых из Гарвардского института Висса и Школы инженерных и прикладных наук Джона А. Полсона создала гибкие, не содержащие металлов, электроды, которые могут точно соответствовать всем формам и изгибам тканей
Металлические электроды часто используются в медицинских процедурах в целях мониторинга или посылания электрических импульсов в органы. Однако они состоят из металла или пластика, которые жесткие и негибкие, а следовательно плохо крепимы на некоторых участках тела, особенно где есть изгибы или неровная поверхность. Это сильно ограничивает места, где можно использовать электроды.
Группа ученых из Гарвардского института Висса и Школы инженерных и прикладных наук Джона А. Полсона создала гибкие, не содержащие металлов, электроды, которые могут точно соответствовать всем формам и изгибам тканей. Эти присоски позволяют регистрировать и стимулировать электрические импульсы на более низком напряжении, применять их на труднодоступных участках тела и сводит к минимуму риск повреждения чувствительных органов, передает news-medical.
«Наши электроды на основе гидрогеля красиво принимают форму любой поверхности, на которую их накладывают, а еще открывают дверь к созданию менее инвазивных, персонализированных медицинских устройств», – отмечает первый автор разработки Кристина Трингидес.
Одним из отличительных признаков всех живых тканей является их упругость: если на них надавить, а затем ослабить давление, то они вернутся к исходной форме. Когда Трингидс и ее коллеги поняли, что альгинатные гидрогели, которые разрабатывались для других медицинских целей, такие же вязкоупругие, то пришли к выводу, что те могут подстраиваться под форму других тканей. Тогда Трингидес решила попытаться создать полностью вязкоупругие электроды, которые могли бы использоваться для мозга для более безопасного и эффективного нейроэлектрического мониторинга. Потому что стандартные электроды состоят из металлических проводящих матриц, заключенных в тонкую пластиковую пленку, и они в миллион раз жестче, чем мозг.
Первая задача команды решилась успешно: альгинатные гидрогели хорошо адаптируются к живым тканям. Это доказали исследования на искусственном «мозге». Альгинатный гидрогель вдвое больше контактировал с материалом, не соскальзывал и после удаления ткань «мозга» приняла прежнюю форму.
Читайте еще: Коварные вирусы с которыми человечество все еще борется
Потом команда создала электрод, который мог, как и материал, изгибаться и обтекать ткани. Ведь обычные электроды изготовлены из металла, который обладает высокой электропроводностью, но при этом очень жесткий и негибкий. Они остановились на комбинации графена и углеродных нанотрубок – такой материал имеет длинную и узкую форму, похож на спагетти. Эти гибкие электроды можно согнуть больше, чем на 180 градусов и завязать узлами, они не ломаются, что делает их идеальными для вязкоупругого альгинатного гидрогеля. Полученное устройство можно безопасно использовать на живых тканях.
Новый массив вязкоупругих электродов проверили в реальных условиях, прикрепив его к сердцу мыши. Устройство оставалось на месте на ткани при движении и не повредилось в течение десятков тысяч сокращений мышц. Затем устройство проверили на мозгу и сердце крысы и коровы. Наконец, матрица вязкоупругих электродов успешно показала себя в стимуляции нервов и регистрации электрической активности. Прикрепив устройство к задней лапке мыши, исследователи смогли стимулировать сокращение ее мышц.
«Вязкоупругость этого устройства знаменует собой новое направление в медицинских устройствах, которые, как правило, проектируются исключительно эластичными, – говорит доктор Дэйв Муни. – Применяя этот подход, мы можем лучше взаимодействовать с тканями тела, обеспечивая функциональный интерфейс без повреждения тканей».
Сейчас команда продолжает усовершенствовать устройство и планирует провести тестирования на более крупных животных, чтобы в итоге сделать его доступным для использования в медицинских целях, например, при операции по удалению опухоли головного мозга или картировании эпилепсии. Они также надеются, что эта новая технология позволит проводить электрическую регистрацию и стимуляцию в тех частях тела, которые в настоящее время недоступны для существующих сегодня устройств.