Un team KAIST ha presentato un metodo di stimolazione neurale altamente personalizzabile. Il team di ricerca ha sviluppato una tecnologia in grado di stampare il modello di calore su una scala di micron per consentire il controllo delle attività biologiche a distanza. I ricercatori hanno integrato una tecnologia di stampa a getto d'inchiostro di precisione con nanoparticelle termoplasmoniche biofunzionali per ottenere un metodo di stimolazione neurale nanofototermica selettiva. Il team di ricerca del professor Yoonkey Nam presso il Dipartimento di Bio e Ingegneria del cervello prevede che questo servirà come tecnologia abilitante per la terapia di neuromodulazione di precisione personalizzata per i pazienti con disturbi neurologici.

Il metodo di stimolazione neurale nanofototermica utilizza l'effetto termoplasmonico di nanoparticelle metalliche per modulare le attività delle reti neuronali. Con l'effetto termoplasmonico, le nanoparticelle metalliche possono assorbire una lunghezza d'onda specifica della luce illuminata per generare in modo efficiente calore localizzato. Il team di ricerca ha scoperto il comportamento inibitorio delle attività spontanee dei neuroni dopo la stimolazione fototermica quattro anni fa. Da allora, hanno sviluppato questa tecnologia per controllare i comportamenti iperattivi dei neuroni e dei circuiti neurali, che si trova spesso in disturbi neurologici come l'epilessia.

Al fine di superare la limitazione della selettività spaziale e della risoluzione del metodo nano-fototermico precedentemente sviluppato, il team ha adottato una tecnologia di stampa a getto d'inchiostro per micromodellare le nanoparticelle plasmoniche (poche decine di micron), e dimostrato con successo che la stimolazione nano-fototermica può essere applicata selettivamente secondo i modelli stampati.

I ricercatori hanno applicato un metodo di rivestimento strato per strato di polielettrolita ai substrati di stampa in modo da migliorare la fedeltà del modello e ottenere l'assemblaggio uniforme delle nanoparticelle. Anche l'attrazione elettrostatica tra le nanoparticelle stampate e il substrato di stampa rivestito ha aiutato la stabilità delle nanoparticelle attaccate. Poiché il rivestimento in polielettrolita è biocompatibile, esperimenti biologici, inclusa la coltura cellulare, sono possibili con la tecnologia sviluppata in questo lavoro.

Utilizzando particelle di nanorod d'oro stampate con una risoluzione di poche decine di micron su un'area di diversi centimetri, i ricercatori hanno dimostrato che modelli di calore altamente complessi possono essere formati con precisione sull'illuminazione della luce in base all'immagine di stampa.

Infine, il team ha confermato che i modelli di calore stampati possono inibire selettivamente e istantaneamente le attività dei neuroni dell'ippocampo coltivati ​​all'illuminazione della luce nel vicino infrarosso. Poiché il processo di stampa è applicabile a substrati sottili e flessibili, la tecnologia può essere facilmente applicata ai dispositivi impiantabili per il trattamento dei disturbi neurologici e ai dispositivi indossabili. Applicando selettivamente i modelli di calore solo alle aree cellulari desiderate, la terapia di neuromodulazione fototermica personalizzata e personalizzata può essere applicata ai pazienti.

"Il fatto che qualsiasi schema termico desiderato possa essere semplicemente 'stampato' ovunque amplia l'applicabilità di questa tecnologia in molti campi dell'ingegneria. In bioingegneria, può essere applicato alle interfacce neurali utilizzando luce e calore per modulare le funzioni fisiologiche. Come un'altra applicazione ingegneristica, Per esempio, i motivi a caldo stampati possono essere utilizzati come un nuovo concetto di applicazioni anticontraffazione, ", ha detto il ricercatore principale, Yoonkey Nam presso KAIST.