Границите между биологията и технологиите се размиват. Изследователи от университетите в Линкьопинг, Лунд и Гьотеборг в Швеция успяват да отгледат успешно електроди в жива тъкан, използвайки молекулите на тялото като тригери. Резултатът, публикуван в списание Science, проправя пътя към създаването на напълно интегрирани електронни схеми в живи организми.
"От няколко десетилетия се опитваме да създадем електроника, която да имитира биологията. Сега позволяваме на биологията да създаде електрониката вместо нас", казва професор Магнус Берггрен от Лабораторията за органична електроника (LOE), към Университета в Линкьопинг.
Интегрирането на електроника в тялото е ключът към извършването на важни изследвания в областта на биологията, които могат да доведат до нови начини за борба с редица патологии, както и до нови поколения интерфейси мозък-компютър. Въпреки това конвенционалната биоелектроника, разработена паралелно с полупроводниковата индустрия, има фиксиран и статичен дизайн, който е труден, ако не и невъзможен, за комбиниране с живи биологични сигнални системи.
За да преодолеят тази пропаст между биологията и технологиите, изследователите разработват метод за създаване на меки (без субстрат) електронно проводими материали в жива тъкан. Чрез инжектиране на гел, съдържащ ензими като "монтажни молекули", изследователите успяват да отгледат електроди в тъканите на зебра и медицински пиявици.
"Контактът с телесните вещества променя структурата на гела и го прави електропроводим, какъвто не е преди инжектирането. В зависимост от тъканта можем също така да регулираме състава на гела, за да задвижим електрическия процес", казва Ксенофон Стракосас, изследовател в LOE и Университета в Лунд и един от основните автори на изследването.
Ендогенните молекули на организма са достатъчни, за да предизвикат образуването на електроди. Няма нужда от генетична модификация или външни сигнали, като например светлина или електрическа енергия, което е било необходимо при предишни експерименти. Шведските изследователи са първите в света, които успяват да направят това.
Тяхното изследване проправя пътя към нова парадигма в биоелектрониката. Ако досега бяха необходими имплантирани физически обекти, за да се стартират електронни процеси в тялото, в бъдеще ще бъде достатъчно инжектирането на вискозен гел.
В своето изследване изследователите показват още, че методът може да насочи електроннопроводимия материал към специфични биологични подструктури и по този начин да създаде подходящи интерфейси за нервна стимулация. В дългосрочен план може да стане възможно изработването на напълно интегрирани електронни схеми в живи организми.
В експерименти, проведени в университета в Лунд, екипът успешно постига формиране на електроди в мозъка, сърцето и опашните перки на зебрата и около нервната тъкан на медицински пиявици. Животните не са били увредени от инжектирания гел и не са били засегнати от формирането на електродите. Едно от многото предизвикателства при тези опити беше да се вземе предвид имунната система на животните.
"Като направихме интелигентни промени в химията, успяхме да разработим електроди, които се приемат от мозъчната тъкан и имунната система. Зебрата е отличен модел за изследване на органични електроди в мозъка", казва професор Роджър Олсон от Медицинския факултет на Университета в Лунд, който има и химическа лаборатория в Университета в Гьотеборг.
Именно професор Роджър Олсон поема инициативата за изследването, след като прочита за електронната роза, разработена от изследователи в Университета в Линкьопинг през 2015 г. Един от изследователските проблеми и важна разлика между растенията и животните е разликата в структурата на клетките. Докато растенията имат твърди клетъчни стени, които позволяват образуването на електроди, животинските клетки са по-скоро мека маса. Създаването на гел с достатъчно приемлива структура и подходяща комбинация от вещества за образуване на електроди в такава среда беше предизвикателство, чието решаване отне много години.
Източник: EurekAlert
Изследването е публикувано в Science.
