В MIT напечатали на 3D-принтере мягкие мозговые импланты

Инновационные устройства из электропроводящего полимера могут стать более безопасной альтернативой традиционным имплантатам и электродам, которые могут вызывать воспаление и образование рубцовой ткани. Материал, который ученые решили использовать для 3D-печати, изначально имеет жидкую консистенцию, поэтому команда сделала его более вязким, чтобы его можно было печатать через экструдер обычного 3D-принтера.

Полимер для 3D-печати адаптировали на основе растворов, которые обычно распыляют на сенсорные экраны и другие комплектующие в качестве антистатического покрытия. Для того чтобы это вещество, PEDOT:PSS (поли (3,4-этилендиокситиофен) полистиролсульфонат), сделать более плотным, жидкий материал подвергли сублимационной сушке, в ходе которой выпарили жидкость и оставили сухую матрицу из проводящих нановолокон. Полученные хрупкие волокна затем смешали с гидрогелем из воды и органического растворителя. Инженеры испытали разные пропорции гидрогеля и нановолокон в смеси и обнаружили, что доля волокон в 5-8% по весу позволяет получить материал похожий по консистенции на зубную пасту, который хорошо проводит электричество и уже подходит для 3D-печати.

В качестве демонстрации метода команда напечатала на 3D-принтере небольшой эластичный электрод, размером с конфетти, состоящий из слоя гибкого прозрачного полимера, поверх которого был нанесен электропроводящий полимер в виде тонких параллельных линий. Эти линии сходились на кончике электрода около 10 микрон в ширину — достаточно маленького, чтобы чтобы улавливать электрические сигналы от одиночного нейрона. Команда имплантировала этот электрод в мозг мыши и обнаружила, что он действительно может улавливать электрические сигналы от одного нейрона во время движения животного.

В дополнение к нейронному зонду команда также изготовила мультиэлектродную матрицу — небольшой пластиковый квадрат размером с бумажный стикер, содержащий массив очень тонких электродов, поверх которых исследователи напечатали круглый пластиковый «колодец». Нейробиологи обычно заполняют такие устройства культивированными нейронами для изучения их активности с помощью сигналов, подаваемых электродами. В этом случае исследователи показали, что они могут воспроизводить сложные конструкции таких массивов с помощью 3D-печати, в отличие от традиционных методов литографии, предполагающих использование травления металлов, например золота, с помощью масок - процесса, который может занять несколько дней для создания одного устройства, тогда как 3D-печать аналогичного устройства занимает менее часа, по словам исследователей.

Напечатанные на 3D-принтере нейроимпланты могут помочь в разработке индивидуальных методов лечения для пациентов с неврологическими расстройствами и дать ученым картину активности мозга с более высоким разрешением. Кроме того, такие устройства можно будет использовать как долгосрочные мозговые имплантаты.