Магнитоэлектрлік материал нейрондық тіндерді тікелей ынталандыруға қабілетті өз түрінің бірінші түрі.
Зерттеушілер магнитоэлектрлік материалдарды пайдаланудың емдік әлеуетін бұрыннан мойындады. магнит өрістерін электр өрістеріне айналдырады ⎯ жүйке тінін аз инвазивті ынталандыру және неврологиялық бұзылуларды немесе жүйке зақымдануын емдеуге көмектеседі.
Мәселе мынада, нейрондар осы түрлендіру нәтижесінде пайда болатын электр сигналының пішіні мен жиілігіне жауап беруде қиындықтарға тап болады.
Райс университетінің нейроинженері Джейкоб Робинсон және оның командасы осы мәселені шешетін және магнитті электрге түрлендіруді ұқсас материалдарға қарағанда 120 есе жылдам орындайтын алғашқы магнитоэлектрлік материалды жасады.
Сәйкес зерттеу Nature Materials журналында жарияланған зерттеушілер бұл материалды нейрондарды қашықтан нақты ынталандыру және егеуқұйрық үлгісіндегі сынған сиатикалық жүйкедегі алшақтықты жою үшін пайдалануға болатындығын көрсетті.
Робинсон материалдың сапасы мен өнімділігі нейростимуляциялық емдеуге терең әсер етуі мүмкін екенін айтты, бұл айтарлықтай аз инвазивті процедураларды жасайды. Нейростимуляциялық құрылғыны имплантациялаудың орнына материалдың аз мөлшерін қалаған жерге жай ғана енгізуге болады.
Сонымен қатар, магнитоэлектриктердің есептеуіш, зондтау, электроника және басқа салаларда қолдану ауқымын ескере отырып, зерттеу инновацияларды кеңірек қозғай алатын озық материалдар дизайны үшін негіз береді.
«Біз: «Біз шаң сияқты болуы мүмкін немесе дененің ішіне бір спрей қою арқылы миды немесе жүйке жүйесін қоздыруға болатындай кішкентай материал жасай аламыз ба?» - деді. Джошуа Чен, зерттеудің жетекші авторы болып табылатын Райстың докторантурасының түлегі.
«Осы сұрақты ескере отырып, біз магнитоэлектрлік материалдар нейростимуляцияда қолдануға тамаша үміткерлер деп ойладық. Олар денеге оңай енетін магнит өрістеріне жауап береді және оларды электр өрістеріне айналдырады ⎯ біздің жүйке жүйеміз ақпаратты беру үшін қолданатын тіл».
Зерттеушілер а-дан тұратын магнитоэлектрлік материалдан бастады пьезоэлектрлік қабаты қорғасын цирконий титанаты екеуінің арасында орналасқан магниттік тежегіш металл шыны қорытпаларының қабаттары немесе Метглас, ол тез магниттелуі және магнитсізденуі мүмкін.
Гаури Бхаве, Робинсон зертханасының бұрынғы зерттеушісі, қазір жұмыс істейді технология Бэйлор Медицина колледжіне ауысу, магнитті шектеуші элементтің магнит өрісін қолдану арқылы тербелетінін түсіндірді.
«Бұл діріл оның пішінін негізінен өзгертетінін білдіреді», - деді Бхаве. «Пьезоэлектрлік материал - бұл пішінін өзгерткен кезде электр тогын тудыратын нәрсе. Осы екеуі біріктірілгенде, сіз алатын түрлендіру дененің сыртынан қолданатын магнит өрісі электр өрісіне айналады ».
Дегенмен, магнитоэлектриктердің электр сигналдары нейрондарды анықтау үшін тым жылдам және біркелкі. Мәселе жасушалардың жауап беруіне мүмкіндік беретін электр сигналын тудыратын жаңа материалды жасау болды.
Робинсон: «Барлық басқа магнитоэлектрлік материалдар үшін электр өрісі мен магнит өрісі арасындағы байланыс сызықты болып табылады және бізге бұл қатынас сызықты емес материал қажет болды», - деді. «Біз бұл фильмге сызықтық емес жауапты тудыратын материалдардың түрлері туралы ойлануымыз керек еді».
Зерттеушілер платина, гафний оксиді және мырыш оксидін қабаттап, жинақталған материалдарды бастапқы магнитоэлектрлік пленканың үстіне қосты. Олардың алдында тұрған қиындықтардың бірі материалдармен үйлесімді өндіріс техникасын табу болды.
«200 нанометрден аз болатын өте жұқа қабатты жасау үшін көп жұмыс жасалды, бұл бізге шынымен ерекше қасиеттер береді», - деді Робинсон.
Магнитоэлектрлік сызықты емес метаматериалдар бұрын қолданылған магниттік материалдарға қарағанда нейрондық белсенділікті ынталандыруда 120 есе жылдамырақ. Сурет несиесі: Робинсон зертханасы/Райс университеті
«Бұл болашақта оны инъекцияға қолдануға болатындай етіп бүкіл құрылғының өлшемін азайтты», - деп қосты Бхаве.
Тұжырымдаманың дәлелі ретінде зерттеушілер материалды егеуқұйрықтардағы перифериялық нервтерді қоздыру үшін пайдаланды және материалдың нейропротездеуде пайдалану мүмкіндігін оның кесілген жүйкедегі функцияны қалпына келтіре алатындығын көрсетті.
«Біз бұл метаматериалды сынған жүйкедегі алшақтықты жою және электр сигналының жылдам жылдамдығын қалпына келтіру үшін пайдалана аламыз», - деді Чен.
«Жалпы, біз нейротехнологиядағы көптеген қиындықтарды жеңетін жаңа метаматериалды ұтымды жобалай алдық. Ең бастысы, кеңейтілген материалды жобалауға арналған бұл негізді электроникадағы сезу және жады сияқты басқа қолданбаларға қолдануға болады ».
Жаңа материалды жасауда шабыт алу үшін фотоника саласындағы докторлық жұмысын пайдаланған Робинсон «қазір біз табиғатта ғана емес, бұрын ешқашан болмаған материалдарды пайдаланып құрылғыларды немесе жүйелерді жасай алатындығымызды шынымен қызықты» деп санайды.
«Сіз жаңа материалды немесе материалдар класын тапқаннан кейін, менің ойымша, олар үшін барлық әлеуетті пайдалануды болжау өте қиын», - деді Робинсон, электротехника және компьютерлік инженерия және биоинженерия профессоры. «Біз биоэлектроникаға назар аудардық, бірақ мен бұл саладан тыс көптеген қосымшалар болуы мүмкін деп ойлаймын».
Ақпарат көзі: Райс университеті
