Los investigadores de la Universidad de Rice han inventado un dispositivo que utiliza fluidos de movimiento rápido para insertar fibras de nanotubos de carbono flexibles y conductoras en el cerebro, donde pueden ayudar a registrar las acciones de las neuronas.
La técnica basada en microfluídica del equipo de Rice promete mejorar las terapias que dependen de los electrodos para detectar señales neuronales y desencadenar acciones en pacientes con epilepsia y otras afecciones.
Eventualmente, dijeron los investigadores, los electrodos basados en nanotubos podrían ayudar a los científicos a descubrir los mecanismos detrás de los procesos cognitivos y crear interfaces directas al cerebro que permitirán a los pacientes ver, escuchar o controlar las extremidades artificiales.
El dispositivo utiliza la fuerza aplicada por los fluidos de movimiento rápido que hacen avanzar suavemente las fibras flexibles aisladas hacia el tejido cerebral sin abrocharse. Este método de entrega podría reemplazar los transbordadores duros o las vainas rígidas y biodegradables que se usan ahora para enviar cables al cerebro. Ambos pueden dañar los sensiblestejido a lo largo del camino.
La tecnología es el tema de un artículo en la revista American Chemical Society Nano letras .
Los experimentos de laboratorio e in vivo mostraron cómo los dispositivos microfluídicos obligan a un fluido viscoso a fluir alrededor de un electrodo de fibra delgada. El fluido de movimiento rápido empuja lentamente la fibra hacia adelante a través de una pequeña abertura que conduce al tejido. Una vez que se cruza en el tejido, las pruebas mostraron que el cable, aunque altamente flexible, se mantiene recto.
"El electrodo es como un fideo cocido que estás tratando de poner en un tazón de gelatina", dijo el ingeniero de Rice Jacob Robinson, uno de los tres líderes del proyecto. "Por sí solo, no funciona. Pero sipones los fideos debajo del agua corriente, el agua tira de los fideos en línea recta "
El cable se mueve lentamente en relación con la velocidad del fluido. "Lo importante es que no estamos presionando el extremo del cable o en una ubicación individual", dijo el coautor Caleb Kemere, ingeniero eléctrico y de computadoras de Riceque se especializa en neurociencia. "Estamos tirando a lo largo de toda la sección transversal del electrodo y la fuerza se distribuye completamente".
"Es más fácil sacar cosas que son flexibles que presionarlas", dijo Robinson.
"Es por eso que los trenes son tirados, no empujados", dijo el químico Matteo Pasquali, coautor. "Es por eso que quieres poner el carro detrás del caballo".
La fibra se mueve a través de una abertura aproximadamente tres veces su tamaño, pero aún lo suficientemente pequeña como para dejar pasar muy poco del líquido. Robinson dijo que ninguno de los fluidos sigue el cable hacia el tejido cerebral o, en experimentos, el gel de agarosa que sirvió comoun sustituto del cerebro.
Robinson dijo que hay un pequeño espacio entre el dispositivo y el tejido. La pequeña longitud de fibra en el espacio permanece en curso como un bigote que permanece rígido antes de que se convierta en un mechón de cabello ". Usamos esto muy corto, sin soportelongitud para permitirnos penetrar en el cerebro y usar el flujo de líquido en la parte posterior para mantener el electrodo rígido a medida que lo movemos hacia el tejido ", dijo.
"Una vez que el alambre está en el tejido, está en una matriz elástica, soportada por todo el material del gel", dijo Pasquali, un pionero de la fibra de nanotubos de carbono cuyo laboratorio fabricó una fibra personalizada para el proyecto.el cable no puede doblarse fácilmente "
Las fibras de nanotubos de carbono conducen electrones en todas las direcciones, pero para comunicarse con las neuronas, pueden ser conductivas solo en la punta, dijo Kemere. "Damos por sentado el aislamiento. Pero recubrir un hilo de nanotubos con algo que mantenga su integridad y bloqueelos iones que entran por el costado no son triviales ", dijo.
Sushma Sri Pamulapati, una estudiante graduada en el laboratorio de Pasquali, desarrolló un método para recubrir una fibra de nanotubos de carbono y aún mantenerla entre 15 y 30 micras de ancho, muy por debajo del ancho de un cabello humano ". Una vez que supimos el tamaño del cabellofibra, fabricamos el dispositivo para que coincida ", dijo Robinson." Resultó que podíamos hacer que el canal de salida tuviera dos o tres veces el diámetro del electrodo sin que entrara mucho líquido ".
Los investigadores dijeron que su tecnología eventualmente se puede escalar para entregar al cerebro a la vez múltiples microelectrodos que están estrechamente empaquetados; esto haría que sea más seguro y fácil incrustar implantes ". Debido a que estamos creando menos daño durante el proceso de implantación, nosotrospodría poner más electrodos en una región en particular que con otros enfoques ", dijo Robinson.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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