Konična polimerska vlakna poboljšavaju osvetljenje u cilju neuronaučnog istraživanja

Istraživači su razvili pouzdan način pravljenja zašiljenih polimerskih optičkih vlakana koja se mogu koristiti za unos svetlosti u mozak.

Ova vlakna se mogu koristiti u istraživanjima na životinjama kao pomoć naučnicima da bolje razumeju tretmane i intervencije za razna neurološka stanja.

Preporučujemo

Zašiljena vlakna su optimizovana za nauronaučne istraživačke tehnike, poput optogenetskih eksperimenata i fotometrije putem optičkih vlakana, koje se oslanjaju na interakciju genetski modifikovanih neurona i vidljivog svetla emitovanog u mozak i/ili sakupljenog iz mozga.

„Za razliku od standardnih optičkih vlakana, koja su cilindrična, zašiljena vlakna imaju koničan oblik, koji omogućava lakše prodiranje u tkivo i osvetljavanje većih oblasti mozga“, kaže Marčelo Menegeti sa Tehničkog univerziteta Danske. „Osim toga, proizvodnja vlakana od mekanih, fleksibilnih polimera, a ne krutog i ponekad krtog stakla, može da smanji zapaljenje tkiva tokom dugih perioda implantacije“.

Korišćena su optička vlakna sa prečnikom od samo 50 mikrona – otprilike širina ljudske vlasi. Ovi polimerski šiljci omogućavaju modulaciju ponašanja i beleženje aktivnosti više neurona, dozvoljavajući izučavanje većih moždanih sklopova. To može dati dublje uvide u način funkcionisanja složenih moždanih sklopova, način kontrole ponašanja i kako moždane bolesti ili poremećaji mogu da naruše te sklopove.

Osvetljavanje više neurona

Cilindrična optička vlakna poput onih koja se koriste u telekomunikacijama su veoma dobra u obuzdavanju svetlosti, što znači da svetlo može da uđe u vlakno i bude dostavljeno sa vrlo malo gubitka tokom prenosa. Međutim, konična vlakna dozvoljavaju da svetlost izlazi sa strana vlakna duž zašiljenog vrha, što povećava prostor koji može biti osvetljen.

Videvši porast upotrebe zašiljenih staklenih vlakana za modulaciju i beleženje neuronske aktivnosti, istraživači su počeli da rade na adaptaciji ove tehnologije za polimerska optička vlakna.

Dugotrajno zapaljenje i propadanje implantata predstavljaju postojane probleme u neurofotonici baziranoj na silicijumu. Mehaničko neslaganje implantata i moždanog tkiva izaziva zapaljenje, a krtost materijala dovodi do lomova na submilimetarskom nivou. Upotreba polimerskih vlakana, koja su više od 10 puta fleksibilnija, značajno smanjuje ove probleme, kažu istraživači.

Radi proizvodnje novih zašiljenih polimerskih vlakana korišćeni su numerički modeli u cilju određivanja najbolje geometrije i razvijen je proces hemijske obrade. Testirani su različiti rastvarači i protokoli za postizanje željenih vrhova, verifikujući geometriju i obezbeđujući integritet površine pomoću skenirajuće elektronske mikroskopije.

Istraživači su zatim upotrebili vlakna za osvetljavanje komada agaroznog gela, čija optička svojstva su slična moždanom tkivu. U poređenju sa standardnim optičkim vlaknima, lateralno širenje svetlosti je bilo više nego udvostručeno.

Ovo istraživanje bi moglo otvoriti put za dalji napredak i inovativne uređaje. Takođe bi moglo biti korisno za druge primene, uključujući senzorne.

Istraživači planiraju demonstraciju novih zašiljenih vlakana u životinjskom modelu radi procene funkcionalnosti i sposobnosti za smanjenje zapaljenja.

U budućnosti, kombinacija novog procesa proizvodnje sa tehnikama postprocesuiranja kao što je nanofabrikacija mogla bi dovesti do potpuno integrisanih uređaja koji ne samo da dostavljaju i sakupljaju svetlost, već i detektuju električne signale i temperaturu ili hemijske promene u mozgu.

To bi moglo obezbediti još obuhvatnije razumevanje aktivnosti mozga, kako u zdravom, tako i u bolesnom stanju.

(Telegraf Nauka/Phys.org)