Гелевий коктейль дозволив сформувати м'яку електроніку у живих тканинах

Шведські науковці розробили технологію створення м'якої електроніки безпосередньо у живих тканинах. Вона основана на використанні гелевої суміші, яку можна ін'єкцією ввести у тканини, як-от мозок, де вона полімеризується у гнучкі й м'які полімерні електроди. Дієздатність ідеї продемонстрували у дослідах на живих рибках та на тканинах хребетних і безхребетних тварин. Результати опубліковані в журналі Science.

Рибка із гелевою електронікою у хвостовому плавнику (темні смуги). Xenofon Strakosas et al. / Science, 2023

Рибка із гелевою електронікою у хвостовому плавнику (темні смуги). Xenofon Strakosas et al. / Science, 2023


👋 Підпишіться на наш телеграм-канал!


Чим погані вже наявні варіанти?

Електронні імплантати вже зараз вживлюють у тіла пацієнтів та піддослідних тварин, зокрема у мозок, наприклад, для електростимуляції. Попри це, такі імплантати найчастіше створені з твердих жорстких матеріалів, що вбудовуються у м'яку і ніжну живу тканину. Такий контраст може спричиняти запальні процеси та рубцювання навколо імплантатів, зменшуючи їхню ефективність. Щоб уникнути цього, вчені пропонували покривати імплантати, наприклад, м'яким гідрогелем, але науковці Лінчепінзького університету зі шведськими колегами вирішили створити самі електроди з гелю.

Як створити гелеві електроди?

Технологія вчених полягає у тому, щоб «вирощувати» електроди у живих тканинах за допомогою здатного проводити струм полімеру. Тому вони створили рідкий і придатний для ін'єкційного введення гель із мономерів, але який полімеризується у щільний гнучкий матеріал у середовищі живих тканин. При введенні рідкого гелю у тканини фермент у його складі вступає в реакцію з наявною там глюкозою або лактозою, утворюючи безпечну кількість пероксиду водню, а той, зі свого боку, запускає полімеризацію гелю.

Які успіхи вирощування гелевих електродів?

Перші випробування науковці провели на рибках даніо реріо (Danio rerio). Введення гелю призвело до успішного утворення полімерних електродів у мозку, серці та плавцях живих тварин. Полімеризація гелю в електроди відбувалася протягом кількох годин після введення. Рибки з гелем у мозку після цього плавали, як зазвичай, і не мали інших змін у поведінці.

Успішну полімеризацію вдалося досягти і в дослідах, коли гель вводили у курятину, свинину чи яловичину, де різний вміст глюкози і лактози. Отже, підхід має спрацювати і з людськими тканинами.

Щоб підтвердити, що полімеризований гель є справжньою м'якою електронікою, здатною проводити електричний струм, науковці випробували його на мертвих медичних п'явках (Hirudo medicinalis) через їхню просту й легкодоступну нервову систему. Вони нанесли гель на нерви п'явок, а також у їхні м'язи та пустили через нього струм. Це змусило тіло тварин скорочуватися, що вказує на провідність гелю.

Надалі слід провести ще немало досліджень, зокрема з'ясувати, чи не реагуватиме полімер з навколишніми тканинами з часом, чи не виділятиме токсичних сполук тощо. Але науковці покладають великі надії на можливість формувати м'яку електроніку безпосередньо у тканинах, що зменшить травматичність, у порівнянні зі стандартною імплантацією.