Nyenzo ya sumaku ni ya kwanza ya aina yake ambayo inaweza kuchochea moja kwa moja tishu za neva.
Watafiti wametambua kwa muda mrefu uwezo wa matibabu wa kutumia vifaa vya magnetoelectrics ⎯ vinavyoweza kugeuka. mashamba ya sumaku kwenye uwanja wa umeme ⎯ kuchochea tishu za neva kwa kiasi kidogo na kusaidia kutibu matatizo ya neva au uharibifu wa neva.
Shida, hata hivyo, ni kwamba niuroni zina ugumu wa kujibu umbo na mzunguko wa ishara ya umeme inayotokana na ubadilishaji huu.
Mhandisi wa neva wa Chuo Kikuu cha Rice Jacob Robinson na timu yake ilitengeneza nyenzo ya kwanza ya sumaku inayosuluhisha suala hili na kufanya ubadilishaji wa sumaku hadi umeme mara 120 haraka kuliko nyenzo sawa.
Kulingana na utafiti iliyochapishwa katika Nyenzo za Asili, watafiti walionyesha nyenzo hiyo inaweza kutumika kwa usahihi kuchochea neurons kwa mbali na kuziba pengo katika ujasiri wa siatiki uliovunjika katika mfano wa panya.
Robinson alisema kuwa sifa na utendakazi wa nyenzo zinaweza kuathiri sana matibabu ya uhamasishaji wa neva, na hivyo kufanya taratibu zisizo vamizi sana. Badala ya kupandikiza kifaa cha kuchangamsha nyuro, kiasi kidogo cha nyenzo kinaweza kudungwa kwenye tovuti inayohitajika.
Kwa kuongezea, kwa kuzingatia anuwai ya matumizi ya magnetoelectrics katika kompyuta, kuhisi, vifaa vya elektroniki na nyanja zingine, utafiti hutoa mfumo wa muundo wa vifaa vya hali ya juu ambao unaweza kuendesha uvumbuzi kwa upana zaidi.
"Tuliuliza, 'Je, tunaweza kuunda nyenzo ambayo inaweza kuwa kama vumbi au ndogo sana hivi kwamba kwa kuweka tu kunyunyiza ndani ya mwili utaweza kuchochea ubongo au mfumo wa neva?'" Joshua Chen, mhitimu wa udaktari wa Mchele ambaye ni mwandishi mkuu kwenye utafiti huo.
"Kwa swali hilo akilini, tulidhani kuwa vifaa vya magnetoelectric vilikuwa wagombeaji bora wa matumizi katika uhamasishaji wa neva. Zinaitikia uga wa sumaku, ambao hupenya kwa urahisi ndani ya mwili, na kuzigeuza kuwa sehemu za umeme ⎯ lugha ambayo mfumo wetu wa neva tayari hutumia kupeana habari.”
Watafiti walianza na nyenzo ya magnetoelectric iliyoundwa na a piezoelectric safu ya risasi zirconium titanate zimewekwa kati ya mbili sumaku tabaka za aloi za glasi za metali, au Metglas, ambayo inaweza kuwa na sumaku haraka na demagnetized.
Gauri Bhave, mtafiti wa zamani katika maabara ya Robinson ambaye sasa anafanya kazi ndani teknolojia uhamisho wa Chuo cha Tiba cha Baylor, ilieleza kuwa kipengele cha magnetorestrictive hutetemeka kwa kutumia uga wa sumaku.
"Mtetemo huu unamaanisha kuwa kimsingi hubadilisha umbo lake," Bhave alisema. "Nyenzo za piezoelectric ni kitu ambacho, kinapobadilisha sura yake, hutengeneza umeme. Kwa hivyo hizo mbili zinapounganishwa, ubadilishaji unaopata ni kwamba uga wa sumaku unaotumia kutoka nje ya mwili hubadilika na kuwa uwanja wa umeme.
Hata hivyo, ishara za umeme za magnetoelectrics ni za haraka sana na zinafanana kwa niuroni kutambua. Changamoto ilikuwa kuunda nyenzo mpya ambayo inaweza kutoa ishara ya umeme ambayo inaweza kupata seli kujibu.
"Kwa vifaa vingine vyote vya magnetoelectric, uhusiano kati ya uwanja wa umeme na uwanja wa sumaku ni wa mstari, na tulichohitaji ni nyenzo ambapo uhusiano huo haukuwa wa mstari," Robinson alisema. "Ilitubidi kufikiria juu ya aina ya nyenzo ambazo tunaweza kuweka kwenye filamu hii ambazo zingeunda majibu yasiyo ya mstari."
Watafiti waliweka platinamu, oksidi ya hafnium na oksidi ya zinki na kuongeza vifaa vilivyowekwa juu ya filamu ya asili ya magnetoelectric. Mojawapo ya changamoto walizokabiliana nazo ni kutafuta mbinu za utengenezaji zinazoendana na nyenzo.
"Kazi nyingi ziliingia katika kutengeneza safu hii nyembamba ya nanomita chini ya 200 ambayo inatupa mali maalum," Robinson alisema.
Metamata za sumaku zisizo za mstari zina kasi mara 120 katika kuchochea shughuli za neva kuliko nyenzo za sumaku zilizotumika hapo awali. Kwa hisani ya picha: Robinson lab/Chuo Kikuu cha Rice
"Hii ilipunguza saizi ya kifaa kizima ili katika siku zijazo, inaweza kudungwa," Bhave aliongeza.
Kama uthibitisho wa dhana, watafiti walitumia nyenzo hiyo ili kuchochea mishipa ya pembeni kwenye panya na walionyesha uwezo wa nyenzo hiyo kutumika katika neuroprosthetics kwa kuonyesha inaweza kurejesha kazi katika ujasiri uliokatwa.
"Tunaweza kutumia metamaterial kuziba pengo katika mishipa iliyovunjika na kurejesha kasi ya ishara ya umeme," Chen alisema.
"Kwa ujumla, tuliweza kubuni kwa busara metamaterial mpya ambayo inashinda changamoto nyingi katika neurotechnology. Na muhimu zaidi, mfumo huu wa muundo wa nyenzo wa hali ya juu unaweza kutumika kwa programu zingine kama vile kuhisi na kumbukumbu katika vifaa vya elektroniki.
Robinson, ambaye alizingatia kazi yake ya udaktari katika upigaji picha kwa msukumo katika uhandisi nyenzo mpya, alisema anaona "inafurahisha sana kwamba sasa tunaweza kubuni vifaa au mifumo kwa kutumia vifaa ambavyo havijawahi kuwepo hapo awali badala ya kufungiwa kwa vile vya asili."
"Mara tu unapogundua nyenzo mpya au darasa la nyenzo, nadhani ni ngumu sana kutarajia matumizi yote yanayowezekana kwao," alisema Robinson, profesa wa uhandisi wa umeme na kompyuta na uhandisi wa viumbe. "Tumezingatia bioelectronics, lakini ninatarajia kunaweza kuwa na maombi mengi zaidi ya uwanja huu."
chanzo: Chuo Kikuu Rice
