Новости

Учёные Научно-технологического университета «Сириус» запатентовали новый материал, из которого можно делать мягкие электроды для имплантов головного и спинного мозга, помогающих вернуть подвижность и чувствительность людям после травм. В отличие от жёстких электродов, которые могут повредить нервную ткань, из-за чего импланты со временем перестают выполнять свою функцию, материал, запатентованный исследователями Научно-технологического университета «Сириус», растягивается почти наполовину, при этом не теряет проводимость и не травмирует мозг. Разработка может найти широкое применение в сфере имплантируемых медицинских устройствх, сделав их более безопасными.

Травмы головного и спинного мозга, а также нейродегенеративные заболевания нередко приводят к тяжёлой инвалидизации. Человек теряет способность двигаться, чувствовать и запоминать новое. Один из самых перспективных подходов к восстановлению нарушенных функций — это нейропротезы — имплантируемые системы, обеспечивающие обмен данными между нервной системой и электронными устройствами. Проблема применения таких систем на практике заключается в том, что со временем качество контакта электрода с нервной тканью теряется. Дело в том, что мозг — очень мягкая среда, и жёсткие электроды при взаимодействии с ним легко повреждают нервную ткань. В ответ на повреждение организм запускает локальное восстановление повреждённой структуры, контакт электрода с нервной тканью нарушается, и нейропротез теряет способность выполнять свои функции.

Решением проблемы могут стать мягкие, эластичные электродные системы, которые по своим механическим свойствам близки к биологическим тканям. Учёные направления «Биоматериалы» Научного центра генетики и наук о жизни Научно-технологического университета «Сириус» разработали и запатентовали материал, обладающий данным свойством, — электропроводящий двухслойный нанокомпозитный слой на гибкой подложке.

Материал представляет собой гибкую основу из полидиметилсилоксана (ПДМС) — силиконового полимера, который давно применяется в имплантируемых медицинских изделиях благодаря своей биосовместимости с тканями организма человека, а также мягкости и эластичности. Сам по себе силикон не проводит ток, поэтому его поверхность покрывают проводящими частицами. Так, учёные покрыли ПДМС графеном: этот материал хорошо проводит ток и при этом безопасен для организма.

Главная технологическая находка заключается в способе нанесения графена. Обычно для этого нужны либо дорогое оборудование, либо агрессивные химические вещества. Инженеры из Сириуса пошли другим путём. Специалисты наносят графен, разведённый в гексане, на частично отверждённый силикон. Гексан слегка размягчает верхний слой силикона, и частицы графена погружаются в него, оказываясь под тонкой плёнкой полимера. Когда растворитель испаряется, графен оказывается прочно закреплённым на поверхности электродной системы.

Такое крепление — это один из главных плюсов разработки. Тесты показали, что графен не отслаивается сам по себе и остаётся на месте, даже если материал согнуть или растянуть. Графен покрывает почти всю поверхность силикона, а проводящий слой получается толщиной около 25 микрометров — это тоньше человеческого волоса. При растяжении проводник работает чуть хуже, но не перестаёт проводить ток, что важно для функционала нейропротеза.

«У обычных жёстких электродов формирование глиального рубца вокруг импланта занимает примерно 1–3 месяца и приводит к снижению качества снимаемого сигнала. Важно понимать, что данная технология ещё требует оптимизации и проведения дальнейших биологических испытаний, но уменьшение жёсткости электрода может увеличить срок активной работы нейроимплантов в перспективе», — поясняет соавтор разработки, старший научный сотрудник направления «Биоматериалы» Научного центра генетики и наук о жизни Научно-технологического университета «Сириус» Сергей Кравченко.

Разработка может найти широкое применение в сфере имплантируемых медицинских устройств. В отличие от аналогов, где проводящий слой либо не способен к растяжению, либо содержит токсичные для организма элементы — серебро, никель или алюминий — предложенный материал использует только графен и силикон, что делает его более безопасным для длительного нахождения в организме.

Автор: Денис Новиков

1