Klas Tybrandt, ricercatore principale presso il Laboratorio di Elettronica Organica dell'Università di Linköping, ha sviluppato una nuova tecnologia per la registrazione neurale stabile a lungo termine. Si basa su un nuovo materiale composito elastico, che è biocompatibile e mantiene un'elevata conduttività elettrica anche quando allungato per raddoppiare la sua lunghezza originale.

Il risultato è stato raggiunto in collaborazione con i colleghi di Zurigo e New York. La svolta, che è cruciale per molte applicazioni nell'ingegneria biomedica, è descritto in un articolo pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Materiale avanzato .

L'accoppiamento tra componenti elettronici e cellule nervose è fondamentale non solo per raccogliere informazioni sulla segnalazione cellulare, ma anche per diagnosticare e curare disturbi e malattie neurologiche, come l'epilessia.

È molto difficile ottenere connessioni stabili a lungo termine che non danneggino i neuroni o i tessuti, poiché i due sistemi, il tessuto molle ed elastico del corpo e i componenti elettronici duri e rigidi, hanno proprietà meccaniche completamente diverse.

"Poiché il tessuto umano è elastico e mobile, danno e infiammazione si verificano all'interfaccia con componenti elettronici rigidi. Non solo provoca danni ai tessuti; attenua anche i segnali neurali, "dice Klas Tybrandt, capogruppo del gruppo Soft Electronics presso il Laboratorio di Elettronica Organica, Università di Linköping, Campus Norrköping.

Klas Tybrandt ha sviluppato un nuovo materiale conduttivo che è morbido come il tessuto umano e può essere allungato fino al doppio della sua lunghezza. Il materiale è costituito da nanofili di biossido di titanio rivestiti in oro, incorporato nella gomma siliconica. Il materiale è biocompatibile – il che significa che può essere a contatto con il corpo senza effetti negativi – e la sua conduttività rimane stabile nel tempo.

"La microfabbricazione di compositi morbidi elettricamente conduttivi comporta diverse sfide. Abbiamo sviluppato un processo per produrre piccoli elettrodi che preserva anche la biocompatibilità dei materiali. Il processo utilizza pochissimo materiale, e questo significa che possiamo lavorare con un materiale relativamente costoso come l'oro, senza che il costo diventi proibitivo, "dice Klas Tybrandt.

Gli elettrodi hanno una dimensione di 50 µm e si trovano a una distanza di 200 µm l'uno dall'altro. La procedura di fabbricazione consente di posizionare 32 elettrodi su una superficie molto piccola. La sonda finale, mostrato nella fotografia, ha una larghezza di 3,2 mm e uno spessore di 80 µm.

I microelettrodi morbidi sono stati sviluppati presso l'Università di Linköping e l'ETH di Zurigo, e i ricercatori della New York University e della Columbia University li hanno successivamente impiantati nel cervello dei ratti. I ricercatori sono stati in grado di raccogliere segnali neurali di alta qualità dai ratti che si muovono liberamente per 3 mesi. Gli esperimenti sono stati oggetto di revisione etica, e hanno seguito le rigide normative che regolano gli esperimenti sugli animali.

"Quando i neuroni nel cervello trasmettono segnali, si forma una tensione che gli elettrodi rilevano e trasmettono in seguito attraverso un minuscolo amplificatore. Possiamo anche vedere da quali elettrodi provenivano i segnali, il che significa che possiamo stimare la posizione nel cervello da cui hanno avuto origine i segnali. Questo tipo di informazioni spazio-temporali è importante per applicazioni future. Speriamo di poter vedere, Per esempio, dove inizia il segnale che causa una crisi epilettica, un prerequisito per curarlo. Un'altra area di applicazione sono le interfacce cervello-macchina, con cui la tecnologia e le protesi future possono essere controllate con l'ausilio di segnali neurali. Ci sono anche molte applicazioni interessanti che coinvolgono il sistema nervoso periferico nel corpo e il modo in cui regola i vari organi, "dice Klas Tybrandt.