Крихітні гнучкі пристрої можуть вимірювати активність окремих нейронів або змінювати її.
Дослідники з Массачусетського технологічного інституту розробили пристрої, які виконують функції фітнес-трекерів для окремих клітин всередині організму. Бездротові плівки м’яко обволікають відростки нервових клітин – аксони та дендрити, можуть вимірювати або модулювати електричну та метаболічну активність нейронів на субклітинному рівні.
Складна структура клітин мозку ускладнює створення біоелектронного імплантату. Аксони, які з’єднують нейрон з іншими частинами тіла, наприклад, вирізняються тонкою вигнутою формою. Ці “дроти” дуже тендітні, тому будь-який пристрій, що взаємодіє з ними, має бути досить гнучким, щоб забезпечити надійний контакт без пошкоджень.
Щоб подолати ці обмеження, вчені розробили пристрої з м’якого полімеру. Тонкі листи азобензолу згортаються під впливом світла, що дає змогу їм обернутися навколо клітин. Змінюючи інтенсивність і поляризацію світла, дослідники контролюють напрямок і діаметр згортання, формуючи мікротрубочки діаметром менше 1 мкм.
Дослідники розробили масштабовану технологію виготовлення полімерних структур і керували ними за допомогою світла. Прототипи протестували на нейронах щурів. Аналіз показав, що плівки щільно обволікають навіть сильно вигнуті аксони і дендрити, не пошкоджуючи їх.
Ілюстрація виробництва і використання полімерних пристроїв. Зображення: Airaghi Leccardi et al., Commun Chem
Оскільки пристрої працюють без дротів і вільно рухаються в рідинах, дослідники припускають, що в майбутньому можна буде вводити тисячі подібних мініатюрних плівок в організм людини. Управління здійснюватиметься за допомогою світла, яке проходить через тканини, щоб активізувати пристрої.
Оскільки азобензол є ізолятором, тонкі плівки можна використовувати як синтетичний мієлін для відновлення пошкоджених аксонів. Це допоможе сповільнити нейронну деградацію, що виникає при таких захворюваннях, як розсіяний склероз. У перспективі пристрої можна інтегрувати з іншими матеріалами для створення мікросхем, здатних як вимірювати активність, так і керувати клітинами.