Questo piccolo chip contiene un elettrodo 2-D con una forma che può stimolare meglio piccoli bersagli nel corpo nel tempo. Credito:immagine della Purdue University/Kayla Wiles
Una forma a croce aiuta gli elettrodi dei dispositivi di neurostimolazione impiantabili a fornire più carica ad aree specifiche del sistema nervoso, possibilmente prolungando la durata del dispositivo, dice una ricerca pubblicata a marzo in Rapporti scientifici .
La forma, chiamato "frattale, " sarebbe particolarmente utile per stimolare aree più piccole, come le strutture cerebrali profonde o la retina, poiché massimizza il perimetro all'interno di una superficie più piccola, fornendo la risoluzione più elevata necessaria per ripristinare le funzioni corporee e potenzialmente consentendo ai dispositivi di neurostimolazione di durare più a lungo nel corpo senza ricarica.
"Ci sono sfide con la riduzione delle dimensioni di questi elettrodi, " disse Hyowon "Hugh" Lee, professore assistente di ingegneria biomedica. "Se li rimpicciolisci troppo, quindi non puoi iniettare abbastanza energia per essere in grado di attivare il substrato sottostante."
L'industria attualmente produce elettrodi circolari o rettangolari per dispositivi di neurostimolazione. "Non c'è davvero alcun motivo per mantenere queste forme a parte il fatto che rende più facile per le tecniche di produzione convenzionali facilitare, " ha detto Lee. "Ma la microfabbricazione consente l'elaborazione in batch o una fabbricazione roll-to-roll ancora più scalabile, in cui abbiamo la libertà di progettazione per creare qualsiasi tipo di design di elettrodi ad alta risoluzione per migliorarne la funzionalità."
La forma dell'elettrodo frattale, visto da un microscopio, supera le forme convenzionali degli elettrodi circolari o rettangolari. Credito:immagine della Purdue University/Kayla Wiles
Il laboratorio di Lee ha sperimentato altre forme che potrebbero iniettare meglio la carica con i limiti delle dimensioni degli elettrodi. La forma frattale ha superato le forme convenzionali e la "serpentina, " o forma simile a un serpente, anche se ha un rapporto perimetro/superficie simile a quello del frattale. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che i modelli ripetuti del disegno frattale facilitano meglio la diffusione continua delle specie a trasferimento di carica, o reagenti, alla superficie dell'elettrodo di platino.
"Quando hai molta più diffusione di specie in superficie, consente un trasferimento di carica faradaico più veloce dalla superficie dell'elettrodo, " ha detto Lee. La carica raggiunge quindi una soglia sui neuroni per innescare un potenziale d'azione, o segnale elettrochimico, per stimolare un obiettivo.
Poiché i progetti frattali presentano anche un'impedenza inferiore rispetto agli elettrodi convenzionali, potrebbero consentire di iniettare più carica sulla superficie di un elettrodo nel tempo e prolungare la durata dei dispositivi di neurostimolazione. "Se hai meno carico, il che significa che ci vuole meno energia per ottenere lo stesso effetto, quindi la durata della batteria fissa dei dispositivi di stimolazione impiantabili sarà migliorata, " ha detto Lee.
Il prossimo passo è testare la robustezza e la longevità degli elettrodi progettati frattali rispetto alle forme convenzionali. Il laboratorio di Lee sta anche esaminando l'utilizzo del design frattale per migliorare la sensibilità in dispositivi come i biosensori. "L'obiettivo sarebbe un migliore controllo della stimolazione su aree mirate e una terapia più mirata, " ha detto Lee.
