Коллектив российских учёных Университета ИТМО при консультационной поддержке лауреата Нобелевской премии по физике Константина Новосёлова разработал электронную схему управления имплантами с помощью нервных импульсов человека. Об этом сообщается в издании The Journal of Physical Chemistry Letters.
По утверждению авторов разработки, их технология упростит создание искусственных органов, управляемых с помощью нервной системы. На базе такой технологии изготовлен первый прототип электронного устройства. Он состоит из небольших резисторов, конденсаторов и мемристоров на основе жидкого металла и гидрогеля. Мемристор — резистор с эффектом памяти, который может в том числе использоваться как синаптический контакт для передачи нервного импульса от человека к протезу.
«Наши внутренние органы управляются электрическими импульсами. Для создания их заменителей необходимы электронные устройства, которые бы считывали эти импульсы. Современная электроника в основном кремниевая — она твёрдая и хрупкая, её нельзя поместить внутрь тела. Нужны материалы, которые по своим электронным характеристикам были бы оптимальны и при этом по механическим свойствам приближались бы к человеческому телу. То есть были бы мягкими и гибкими, а также работали бы в водных растворах», — рассказал главный автор работы, сотрудник НОЦ Инфохимии Университета ИТМО Артемий Иванов.
Вместо кремния исследователи использовали биосовместимый аналог — жидкий сплав галлия и индия. По данным учёных, он не вызывает раздражений в организме человека, не скапливается в почках и печени. В основе системы — две капли сплава и гидрогель, в котором расположены полиэлектролиты (полимеры, которые заряжаются в результате распада в водных растворах).
«У нас есть две капли жидкого металла и между ними тягучая субстанция — гидрогель. Когда протекает ток, на границах между металлом и гелем образуется слой нерастворимых соединений галлия. В зависимости от толщины этого слоя мы можем получать различные электрические компоненты», ― добавляет Иванов.
В настоящее время работоспособность схемы проверена в лабораторных условиях.
В ближайших планах Артемия Иванова и коллег — инженерное оформление разработки. Как сообщили учёные в беседе с RT, с добавлением гибких электрических компонентов и нейроморфных систем (нейропроцессоров) устройство станет саморегулирующимся компонентом, пригодным для использования с имплантами.
Протезирование — не единственная область применения новой технологии. Учёные уверены, что похожие схемы могут использоваться не только в биомедицине, но и в различных электронных устройствах с небольшой силой тока. Например, в солнечных панелях и различных гибких гаджетах.