MIT Çinli profesör sihirli mürekkebi icat etti ve fare beyinlerine 3D baskılı yumuşak elektrotlar yerleştirdi
Birkaç gün önce, "Muskın beyin-bilgisayar arayüzünün bu yıl insanlar üzerinde test edilmesinin beklendiğini" bildirdik. Bugün MITnin en son siyah teknolojisini paylaşıyoruz 3D baskılı yumuşak beyin implantları .
Hepimizin bildiği gibi, beyin en yumuşak tofu gibi en savunmasız organlarımızdan biridir. Bununla birlikte, beyin implantları genellikle metal ve diğer sert malzemelerden yapılır ve bu da zamanla iltihaplanmaya ve yara dokusunun birikmesine neden olabilir. Daha iyi bir alternatif malzeme var mı?
Birkaç gün önce, MIT Profesörü Zhao Xuanhenin ekibi bir 3D baskılı sinir probları ve diğer elektronik cihazlar Yöntem ve kauçuk kadar yumuşak ve esnektirler. Araştırma sonuçları, "iletken polimerlerin 3 boyutlu baskısı" başlıklı Nature Communications'da yayınlandı.
Kağıt adresi:
https://www.nature.com/articles/s41467-020-15316-7
Bu araştırma çalışması tarafından desteklenmektedir Massachusetts Teknoloji Enstitüsü Makine Mühendisliği, Jiangxi Bilim ve Teknoloji Normal Üniversitesi Esnek Elektronik İnovasyon Enstitüsü ve Zhejiang Üniversitesi Sinirbilim Enstitüsü ile işbirliği içinde tamamlandı. MIT PhD öğrencisi Hyunwoo Yuk ve Jiangxi Bilim ve Teknoloji Normal Üniversitesi'nden Profesör Lu Baoyang, makalenin ortak yazarlarıdır. Zhejiang Üniversitesi Nörobilim Enstitüsü'nden Dr. Lin Shen ve Başkan Luo Jianhong ile Jiangxi Bilim ve Teknoloji Normal Üniversitesi Qu Kai ve Başkan Xu Jingkun, makalenin ortak yazarlarıdır. Zhao Xuanhe, ilgili yazardır.
İletken polimerin ilk yüksek hassasiyetli 3D baskısını gerçekleştiren iletken polimer mürekkebi icat etti
Profesör Zhao Xuanhenin ekibi tarafından basılan ekipman, bir İletken polimer mürekkep üretim. Araştırma ekibi, bu sıvı benzeri iletken polimer solüsyonunu daha çok yapışkan bir diş macunu gibi bir maddeye dönüştürdü ve ardından kararlı bir iletken desen yazdırmak için bir 3D yazıcıya yerleştirdi.
Araştırma ekibi, küçük bir yumuşak elektrot da dahil olmak üzere birkaç yumuşak elektronik cihaz yazdırdı ve bunları farelerin beyinlerine yerleştirdi. Fareler kontrollü bir ortamda özgürce hareket ettiğinde, Nöral prob, tek bir nöronun aktivitesini yakalayabilir . Bu aktivitenin izlenmesi, bilim insanlarına beyin aktivitesinin daha yüksek çözünürlüklü görüntülerini sağlayabilir ve çeşitli nörolojik hastalıklarla başa çıkmak için tedavi planlarının ve uzun vadeli beyin implantlarının formüle edilmesine yardımcı olabilir.
MIT'de bir doktora öğrencisi olan Hyunwoo Yuk, "Gösteri aracılığıyla, insanların bu teknolojiyi hızlı bir şekilde farklı cihazlar üretmek için kullanabileceklerini umuyoruz," dedi. Tasarımı değiştirebilir, baskı kodunu çalıştırabilir ve 30 dakika içinde yeni bir tasarım oluşturabilirsiniz. . Bunun, tamamen yumuşak malzemelerden yapılmış nöral arayüzlerin geliştirilmesini basitleştireceği umulmaktadır. "
"Sabunlu sudan diş macununa", baskı malzemelerinin sırrı
İletken polimerler, plastik gibi esneklikleri ve metaller gibi iletkenlikleri nedeniyle bilim adamlarının son yıllarda merakla araştırdıkları bir malzeme türüdür. İletken polimerler ticari olarak antistatik kaplamalar olarak kullanılırlar çünkü elektronik ürünler ve diğer statik eğilimli yüzeylerde biriken statik yükü etkili bir şekilde ortadan kaldırabilirler.
Yuk, "Bu polimer solüsyonların dokunmatik ekranlar gibi elektronik cihazlara püskürtülmesi kolaydır," dedi: "Ancak sıvı form esas olarak homojen kaplamalar için kullanılır ve bunları iki boyutlu, yüksek çözünürlüklü modellere uygulamak zordur. Dünyada bu imkansız. "
Yuk ve meslektaşları, yazdırılabilir bir iletken polimer geliştirebilirlerse, bu malzemeyi esnek devreler ve tek nöron elektrotları gibi çok sayıda yumuşak, karmaşık elektronik cihaz modelini yazdırmak için kullanabileceklerine inanıyorlar.
Araştırma ekibi, yeni çalışmalarında, iletken bir polimer olan, modifiye edilmiş bir poli (3,4-etilendioksitiyofen): polistiren sülfonat (PEDOT: PSS) bildirdi. Mürekkep için koyu mavi sıvı. Bu sıvı, su ve PEDOT: PSS nanofiberlerin bir karışımıdır. Sıvının iletkenliği bu nanoliflerden gelir, temas ettiklerinde herhangi bir elektrik yükünün akabileceği bir tünel gibidirler.
Bu polimer sıvı formda bir 3D yazıcıya beslenirse, yalnızca alt yüzeyden dışarı sızacaktır. Bu nedenle ekip, malzemenin doğal iletkenliğini korurken polimeri kalınlaştırmanın bir yolunu aradı.
Şekil 1: 3D yazdırılabilir iletken polimer mürekkebin tasarımı
Sıvıyı çıkarmak için önce malzemeyi dondurarak kuruturlar, kuru bir nano fiber matris veya sünger bırakırlar. Herhangi bir önlem alınmazsa, bu nanolifler kırılgan hale gelecek ve çatlayacaktır. Bu nedenle, araştırmacılar, nanoliflerle gömülü su bazlı yumuşak bir malzeme olan bir hidrojel oluşturmak için nanolifleri önceden geliştirdikleri sulu ve organik çözücülerle karıştırdılar.
Farklı nanofiber konsantrasyonlarına sahip hidrojeller yaptılar ve nanoliflerin ağırlık yüzdesi% 5 -% 8 arasında olduğunda diş macunu benzeri bir materyalin yapılabileceğini buldular.Bu materyal hem iletken hem de uygundur. 3D yazıcıya gönderin.
Şekil 2: İletken polimerin 3D baskısı
Profesör Zhao Xuanhe, "Başlangıçta sabunlu su gibiydi," dedi: "Nanofiberleri diş macunu gibi viskoz hale getirmek için yoğunlaştırdık, böylece sıkıp kalın, basılabilir bir sıvı haline gelebildik."
Şekil 3: 3D baskılı iletken polimerin performansı
Basılı yumuşak elektrotlar, farelerin beyinlerine implante edildi ve bireysel nöronların aktivite sinyallerini başarıyla izledi.
Araştırmacılar, bu yeni tip iletken polimeri geleneksel 3D yazıcılara enjekte ettiler ve kararlı ve iletken kalan karmaşık desenler üretebileceklerini buldular.
Kavramın bir kanıtı olarak, yaklaşık bir konfeti parçası büyüklüğünde küçük bir yumuşak elektrot bastılar. Bu elektrot bir esnek şeffaf polimer tabakasından oluşur ve üzerine iletken polimer basar.Bu iletken polimerler, tek bir siniri ayıracak kadar küçük, yaklaşık 10 mikron genişliğinde, ince paralel çizgiler halinde bir uçta toplanır. Eleman elektrik sinyallerini alır.
Araştırma ekibi, farelerin beyinlerine elektrotlar yerleştirdi ve tek tek nöronlardan elektrik sinyalleri alabildiğini buldu.
Şekil 4: İletken polimer ekipmanın 3D baskısı
Profesör Zhao Xuanhe, "Geleneksel olarak, elektrotlar sert metal tellerdir. Titreşim meydana geldiğinde, bu metal elektrotlar dokulara zarar verir" dedi. "Artık iğneler yerine jel probları kullanabileceğinizi kanıtladık."
Prensip olarak, bu yumuşak, hidrojel bazlı elektrot, geleneksel metal elektrotlardan bile daha hassas olabilir. Bunun nedeni, çoğu metal elektrotun elektron şeklinde elektrik iletirken, beyindeki nöronların iyon şeklinde elektrik sinyalleri üretmesidir. Beynin ürettiği herhangi bir iyonik akımın, metal elektrot tarafından kaydedilebilen bir elektrik sinyaline dönüştürülmesi gerekir.Bu dönüştürme, dönüştürme işlemi sırasında sinyalin bir kısmının kaybolmasına neden olabilir. Ek olarak, iyonlar yalnızca yüzeydeki metal elektrotla etkileşime girebilir, bu da elektrotun herhangi bir zamanda algılayabileceği iyon konsantrasyonunu sınırlar.
Araştırma ekibi ayrıca, bireysel nöronların aktivitesini izlemek için kullanılabilecek esnek bir çoklu elektrot dizisi de yazdırdı.
Aksine, araştırma ekibinin yumuşak elektrodu, iyonların serbestçe geçebildiği su bazlı bir malzeme olan bir hidrojel içine gömülü iletken nanoliflerden yapılmıştır.
Profesör Lu Baoyang, "İletken polimer hidrojelin güzelliği, yumuşak mekanik özelliklerine ek olarak, aynı zamanda hidrojel (iyon iletken) ve nanofiber gözenekli süngerlerden oluşması ve iyonların bu süngerlere girip çıkabilmesidir," dedi: "Elektrotun tüm hacmi aktif olduğu için hassasiyet artırıldı."
Referans bağlantısı:
