پژوهشگران «مؤسسه نانوعلوم و نانوفناوری کاتالونیا» (ICN2) و «مؤسسه میکرولکترونیک بارسلونا» (CSIC) از توسعه نسل جدیدی از رابطهای مغزی مبتنی بر گرافن خبر دادهاند که با برخورداری از یک پوشش هیبریدی متشکل از مواد آلی و معدنی، دوام و پایداری بهمراتب بیشتری پیدا کرده است. این دستاورد، یک گام بنیادی در مسیر توسعه ایمپلنتهای عصبی برای استفاده طولانیمدت در محیط زیستی بدن انسان به شمار میرود.
نانوپوشش هیبریدی، رابطهای عصبی را ضدرطوبت و مقاوم کرد
رابطهای مغزی گرافنی، دستگاههایی بسیار نازک، انعطافپذیر و سبک هستند که میتوانند فعالیت الکتریکی مغز را با دقتی خیرهکننده ثبت کنند یا با تحریک هدفمند، عملکرد بخشهای خاصی از مغز را تحتتأثیر قرار دهند. این فناوری در حال حاضر در برخی مداخلات پزشکی، از جمله جراحیهای تومور مغزی، مورد استفاده آزمایشی قرار گرفته و همچنین برای مدیریت بیماریهای عصبی مانند پارکینسون نیز مورد مطالعه است.
یکی از دشواریهای اصلی در توسعه ایمپلنتهای عصبی، مقاومت در برابر رطوبت و فشارهای مکانیکی در محیط بدن است؛ چالشهایی که موجب کاهش عمر یا اختلال عملکرد دستگاههای الکترونیکی قابلکاشت میشوند. پژوهشگران برای مقابله با این مشکلات، نسل تازهای از میکروالکترودها را طراحی کردهاند که قادر است در برابر فشارهای مکانیکی و محیطهای مرطوب مقاومت کند و عملکردی پایدار در طول زمان از خود نشان دهد.
در این فناوری، از اکسید گرافن احیاء شده نانوحفرهای (nanoporous rGO)، که ساختاری متخلخل و ویژگیهای الکتروشیمیایی مطلوب دارد، بهعنوان ماده اصلی الکترود استفاده شده است. این الکترودها درون یک پوشش هیبریدی از پلیایمید و اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) قرار گرفتهاند؛ پوششی که هم انعطافپذیری لازم برای سازگاری با بافت نرم مغز را فراهم میکند و هم در برابر رطوبت، تنش الکتروشیمیایی و خمشدنهای مکرر مقاومت بالایی دارد.
آزمایشها نشان دادهاند که این ایمپلنتها پس از قرارگیری طولانیمدت در مایعات شبیه محیط فیزیولوژیک، دریافت یک میلیارد پالس الکتریکی و برخوداری از صدها چرخه خمش مکانیکی، همچنان عملکرد پایدار خود را حفظ کردهاند؛ بدون اینکه نشانهای از تخریب یا افت کیفیت مشاهده شود.
با وجود پایداری چشمگیر این دستگاهها در برابر شرایط فیزیکی و الکتروشیمیایی، پژوهشگران تأکید میکنند که این آزمایشها هنوز شامل عوامل بیولوژیکی مهم، مانند التهاب، واکنش سلولهای ایمنی یا تعامل پروتئینها با پوشش هیبریدی نیستند. این عوامل میتوانند در کاشتهای طولانیمدت، رفتار مواد و عملکرد الکترودها را تحتتأثیر قرار دهند.
از این رو، مرحله بعدی پژوهشها شامل بررسیهای گسترده زیستسازگاری، آزمون دوام پوشش در ایمپلنتهای مزمن و ارزیابی مرزهای مکانیکی این فناوری در شرایط دشوارتر خواهد بود. در صورتی که این مطالعات نیز موفقیتآمیز باشد، این الکترودها میتوانند یکی از گزینههای اصلی برای نسل آینده ایمپلنتهای مغزی بادوام، دقیق و کمتهاجم به شمار روند.
این پیشرفت، چشماندازی روشن برای ساخت دستگاههای عصبی قابلکاشت فراهم میکند؛ دستگاههایی که میتوانند در آینده به درمان بیماریهای پیچیده عصبی، بازیابی عملکردهای از دسترفته و حتی توسعه رابطهای پیشرفته مغز و ماشین کمک کنند.
