Utiranje puta za integraciju sićušnih uređaja u ljudska tkiva

Mali biointegrisani uređaji koji mogu da deluju na i stimulišu ćelije mogli bi imati značajne terapeutske primene, kao navođeni sistemi za dostavu leka ili brže izlečenje povrede. Velika prepreka, pak, jeste obezbeđivanje efikasnog izvora energije za te uređaje, piše SciTech Daily.

U cilju rešavanja tog problema, hemičari sa Oksforda su razvili minijaturni izvor energije sposoban da menja aktivnosti veštački uzgojenih ljudskih nervnih ćelija. Inspirisano načinom na koji električne jegulje stvaraju elektricitet, uređaji koriste interne jonske gradijente da generišu energiju.

Preporučujemo

Minijaturni meki izvor energije napravljen je postavljanjem lanca od pet nanolitarskih kapljica u provodni hidrogel (3D mreža polimerskih lanaca sa velikom količinom apsorbovane vode). Svaka kapljica ima različit sastav tako da se gradijent koncentracije soli stvara duž lanca. Kapljice su odvojene od svojih suseda lipidnim dvoslojima, koji pružaju mehaničku podršku dok sprečavaju jone da teku između kapljica.

Izvor energije se uključuje hlađenjem te strukture na četiri stepena i menjanjem okolne sredine: to poremeti lipidne dvosloje i čini da kapljice formiraju kontinuiran hidrogel. Tako se omogućava jonima da se kreću kroz provodni hidrogel, od kapljica sa visokim nivoom soli na oba kraja do kapljice se niskim nivoom soli u sredini. Povezivanjem krajnjih kapljica sa elektrodama, energija oslobođena iz jonskih gradijenata transformiše se u elektricitet, što omogućava da struktura hidrogela funkcioniše kao izvor energije za spoljašnje komponente.

U studiji, aktivirani kapljični izvor energije proizveo je struju koja je trajala više od 30 minuta. Maksimalna izlazna snaga uređaja napravljenog od 50 nanolitarskih kapljica bila je oko 65 nanovati.

Istraživači su zatim demonstrirali kako žive ćelije mogu biti zakačene za jedan kraj uređaja tako da se njihova aktivnost može direktno regulisati jonskom strujom. Zakačili su uređaj za kapljice sa ljudskim nervnim progenitornim ćelijama, koje su bile obeležene fluorescentnim materijalom da pokazuje njihovu aktivnost. Kad je izvor energije uključen, snimljeni su talasi međućelijskog kalcijumskog signaliziranja u neuronima, izazvani lokalnom jonskom strujom.

Modularni dizajn uređaja omogućava kombinovanje više jedinica radi povećavanja napona i/ili struje. To bi moglo otvoriti vrata napajanju sledeće generacije nosivih uređaja, biohibridnih sklopova, implantata, sintetičkih tkiva i mikrorobota.

Kombinujući 20 jedinica od pet kapljica u niz, uspeli su da osvetle diodu koja emituje svetlost, što zahteva oko dva volta. Smatraju da bi automatizacija proizvodnje, na primer pomoću štampača kapljica, mogla da proizvede mreže kapljica sastavljene od hiljada jedinica.

(Telegraf Nauka/SciTech Daily)