În ciuda calitatilor sale deosebite, care fac sa fie utilizat într-o multime de domenii, aurul, cel mai râvnit metal de pe planeta, nu poate fi transformat usor în fire lungi si subtiri. Cercetatorii de la Universitatea Linköping din Suedia au reusit sa creeze nanofire de „aur moale” si sa dezvolte electrozi speciali, care pot fi conectati la sistemul nervos.
Electrozii au textura similara cu a nervilor umani, sunt elastici, buni conductori de electricitate si proiectati sa reziste mult timp în organism.
De o mie de ori mai subtiri decât firul de par
Se spune ca unii oameni au o „inima de aur”, asa ca de ce nu ar avea si „nervi de aur”? Pe viitor, ne asigura specialistii, va fi posibila utilizarea acestui metal pretios sub forma de interfete moi pentru a conecta elemente electronice la sistemul nervos uman, în scopuri medicale.
O astfel de tehnologie ar putea fi utilizata cu succes pentru ameliorarea unor afectiuni dificil de tratat la momentul de fata, precum epilepsia, boala Parkinson, paralizia sau durerea cronica. Totusi, crearea unei interfete în care electronica poate întâlni creierul sau alte parti ale sistemului nervos ridica înca provocari speciale.
„Conductorii clasici utilizati în electronica sunt metalele, care sunt foarte dure si rigide. Proprietatile mecanice ale sistemului nervos amintesc mai degraba de gelatina moale. Pentru a obtine o transmitere precisa a semnalului, trebuie sa ne apropiem foarte mult de fibrele nervoase în cauza, dar, deoarece organismul este în continua miscare, obtinerea unui contact strâns între ceva care este dur si ceva care este moale si fragil devine o problema”, spune Klas Tybrandt, profesor de stiinta materialelor la Laboratorul de electronica organica de la Universitatea Linköping, care a condus studiul.
Prin urmare, cercetatorii doresc sa creeze electrozi care sa aiba o conductivitate buna, precum si proprietati mecanice similare cu moliciunea corpului. În ultimii ani, mai multe studii au aratat ca electrozii moi nu deterioreaza tesuturile la fel de mult cum o pot face electrozii duri.
În studiul publicat în revista Small, un grup de cercetatori de la Universitatea Linköping au dezvoltat nanofire de aur – de o mie de ori mai subtiri decât un fir de par – si le-au încorporat într-un material elastic pentru a crea microelectrozi moi.
Aurul, „cultivat” pe un strat de argint
„Am reusit sa fabricam un nanomaterial nou, mai bun, din nanofire de aur în combinatie cu un cauciuc siliconic foarte moale. Am obtinut astfel un material care are o conductivitate electrica ridicata, este foarte moale si fabricat din materiale biocompatibile, eliminând riscul ca acestea sa fie eliminate de organism”, spune Klas Tybrandt.
Cauciucul siliconic este utilizat în implanturile medicale, cum ar fi implanturile mamare. Electrozii moi includ, de asemenea, aur si platina, metale care sunt comune în dispozitivele medicale pentru uz clinic. Cu toate acestea realizarea nanostructurilor de aur lungi si înguste este foarte dificila. Acest lucru a reprezentat pâna acum un obstacol major, dar cercetatorii au gasit în sfârsit o noua modalitate de a produce nanofire de aur – si o fac folosind nanofire de argint.
Deoarece argintul are proprietati unice, care fac din el un material foarte bun pentru a crea tipul de nanofire dorit de cercetatori, acesta este utilizat în unele nanomateriale extensibile. Dar argintul este reactiv din punct de vedere chimic.
În acelasi mod în care tacâmurile de argint se decoloreaza în timp atunci când au loc reactii chimice la suprafata, argintul din nanofire se descompune, astfel încât ionii de argint se scurg, iar într-o concentratie suficient de mare, ionii de argint pot fi toxici pentru organism.
Atunci când Laura Seufert, doctoranda în grupul de cercetare al lui Klas Tybrandt, lucra la gasirea unei modalitati de sintetizare sau „crestere” a nanofirelor de aur, a gasit o noua abordare care a deschis noi posibilitati. La început, a fost dificil sa se controleze forma nanofirelor, dar apoi ea a descoperit o metoda care a dus la obtinerea unor fire foarte netede.
În loc sa încerce sa creasca initial nanofire de aur, ea a început cu un nanofir subtire facut din argint pur. „Deoarece este posibil sa fabricam nanofire de argint, profitam de acest lucru si folosim nanofirele de argint ca un fel de sablon pe care îl acoperim cu un strat foarte subtire de aur. Urmatorul pas în proces este îndepartarea argintului. Odata acest lucru facut, avem un material care contine peste 99% aur. Asadar, este un fel de truc pentru a rezolva problema realizarii nanostructurilor lungi si înguste din aur”, spune Klas Tybrandt.
În colaborare cu profesorul Simon Farnebo de la Departamentul de Stiinte Biomedicale si Clinice din cadrul Universitatii Linköping, cercetatorii din spatele studiului au demonstrat ca microelectrozii moi si elastici pot stimula un nerv de sobolan, precum si capta semnale de la nervul respectiv.
În aplicatiile în care noul material urmeaza sa fie încorporat în organism, acesta trebuie sa reziste mult timp, de preferinta pe viata. Cercetatorii au testat stabilitatea noului material si au ajuns la concluzia ca acesta va rezista cel putin trei ani, o performanta superioara tuturor nanomaterialelor dezvoltate pâna în prezent.
Echipa de cercetare lucreaza acum la rafinarea materialului si la crearea diferitelor tipuri de electrozi care sunt si mai mici si pot intra în contact mai strâns cu celulele nervoase.
GABRIEL TUDOR
Comentarii