Гелевый коктейль использует сахара организма для «выращивания» электродов у живых рыб.

Новый инъекционный гель (на фото) может вступать в реакцию с сахарами организма, «выращивая» электрод внутри живой ткани, как показывает исследование на рыбках данио.

ТОР БАЛХЕД

Саймон Макин

23 февраля 2023 г., 16:25

Впервые исследователи использовали собственную химию тела для «выращивания» электродов внутри тканей живых рыб, стирая границу между биологией и машинами.

Эксперименты показывают, что в этом методе используются сахара организма, чтобы превратить введенный гель в гибкий электрод, не повреждая ткани. У рыбок данио, у которых эти электроды были выращены в мозгу, сердце и хвостовых плавниках, не было выявлено никаких признаков вредного воздействия, а электроды, испытанные на пиявках, успешно стимулировали нервы, сообщают исследователи в журнале Science от 24 февраля.

Когда-нибудь эти электроды могут быть полезны для самых разных приложений: от изучения того, как работают биологические системы, до улучшения интерфейсов человек-машина. Их также можно использовать в «биоэлектронной медицине», например, в терапии стимуляции мозга при депрессии, болезни Паркинсона и других состояниях (SN: 10.02.19).

Мягкая электроника призвана преодолеть разрыв между мягкой, изогнутой биологией и электронным оборудованием. Но эта электроника, как правило, все равно должна иметь определенные части, которые могут быть подвержены трещинам и другим проблемам, а установка этих устройств неизбежно приводит к повреждению тканей.

«Все устройства, которые мы сделали, даже несмотря на то, что мы сделали их гибкими, чтобы сделать их более мягкими, когда мы их представим, все равно останется шрам. Это все равно, что воткнуть нож в орган», — говорит Магнус Берггрен, ученый-материаловед из Университета Линчёпинга в Швеции. Рубцы и воспаление со временем могут ухудшить эффективность электродов.

Предыдущие попытки вырастить мягкую электронику внутри тканей имели недостатки. Один из подходов использует электрические или химические сигналы для преобразования химического супа в проводящие электроды, но эти взрывы также приводят к повреждению. Исследование 2020 года обошло эту проблему путем генетической модификации клеток червей для производства искусственного фермента, который выполняет свою работу, но новый метод достигает своих результатов без генетических изменений.

Вместо этого электроды Берггрена и его коллег используют природный источник энергии, уже присутствующий в организме: сахара. Гель-коктейль содержит молекулы, называемые оксидазами, которые реагируют с сахарами (глюкозой или лактатом) с образованием перекиси водорода. Затем это активирует другой ингредиент коктейля — фермент, называемый пероксидазой водорода, который является катализатором, необходимым для превращения геля в проводящий электрод.

«Этот подход использует элегантную химию для решения многих технических проблем», — говорит биомедицинский инженер Кристофер Беттингер из Университета Карнеги-Меллона в Питтсбурге, который не участвовал в исследовании.

Чтобы проверить методику, исследователи ввели коктейль в мозг, сердце и хвостовые плавники прозрачных рыбок данио. Гель становится синим, когда становится проводящим, что дает визуальное представление о его успехе.

«Прекрасно то, что вы можете это увидеть: хвост рыбок данио меняет цвет, и мы знаем, что синий цвет указывает на проводящий полимер», — говорит ученый-материаловед Ксенофонт Стракосас, также из Университета Линчёпинга. «Когда я впервые увидел это, я подумал: «Ух ты, это действительно работает!»»

Рыба, похоже, не пострадала от каких-либо побочных эффектов, и исследователи не обнаружили никаких признаков повреждения тканей. На частично рассеченных пиявках команда показала, что подача тока к нерву через мягкий электрод может вызвать мышечные сокращения. В конечном итоге подобные устройства могут быть сопряжены с различными разрабатываемыми беспроводными технологиями.

Однако долгосрочные характеристики имплантата еще предстоит определить. «Демонстрации впечатляют», — говорит Беттингер. «Что еще предстоит выяснить, так это стабильность электрода». Со временем вещества в организме могут вступить в реакцию с материалами электродов, разрушая их или даже образуя токсичные вещества.

Получите отличную научную журналистику из самого надежного источника с доставкой прямо к вашему порогу.