×

 

источник изображения

Сюжеты о полулюдях-полуроботах, хоть и представляют собой область научной фантастики, но, тем не менее, часто бывают крайне невеселы. Несмотря на это, в реальности исследователи всё же пытаются продвигаться в данном направлении и предпринимают всё более изощрённые методы для встраивания электроники в живое тело. 

Ну, шутки шутками, а с точки зрения учёных перспективы развития таких устройств гораздо более радужны и полезны для человека, чем в апокалиптичных воззрениях писателей: так называемая киберорганика может отслеживать развитие опухоли, помогать повреждённым тканям выполнять свои функции или даже заменять их в этом. Но вся штука в том, что подключение электроники напрямую к тканям человека связано с огромными проблемами. Традиционные материалы, используемые для производства микроэлектроники (такие, как кремний, золото, нержавеющая сталь и иридий), вызывают образование рубцов при имплантации. Для работы с мышцами или тканями мозга должным образом электрические сигналы должны проходить свободно, но причиняемые внедрением электродов повреждения и получающиеся на их местах шрамы прерывают эту активность. В эту преграду упирались все предыдущие поиски, и вот теперь команда Дэвида Мартина, доктора философии из Университета Делавэра, сообщает о разработке ряда новых покрытий для компонентов, с помощью которых электронике будет легче вписаться в органическую среду. 

Результаты научных изысканий будут представлены нынешней осеньюна выставке Американского химического общества (ACS)

«У нас возникла идея этого проекта, потому что мы пытались связать жёсткие неорганические микроэлектроды с мозгом, но мозг состоит из органических, солёных, живых материалов, – поясняет Дэвид Мартин, руководитель исследований. – Это не сработало, и мы подумали, что должен быть способ получше». 

И вот, был сделан вывод, что помочь в этом деле может покрытие.

«Мы стали изучать органические электронные материалы, вроде сопряжённых полимеров, которые использовались в небиологических устройствах, – рассказывает Мартин. – Мы обнаружили химически стабильный образец, который продавался в коммерческих целях как антистатическое покрытие для электронных дисплеев». По завершении тестирования у полимера были обнаружены свойства, так необходимые при взаимодействии аппаратных средств и органических тканей.

Оказалось, чтосопряжённые полимеры не только электрически активны, но они также являются ионно активными. «Противоионы дают им <…ионам…> необходимый заряд. Поэтому, когда они <…сопряжённые полимеры…> работают, движутся и электроны, и ионы», – продолжает руководитель группы. Так, полимер, известный как PEDOT, значительно улучшил характеристики медицинских имплантатов. Благодаря снижению импеданса (электрического сопротивления) на два-три порядка, были увеличены качество сигнала и срок службы батареи у пациентов.

С тех пор, путём добавления различных функциональных групп в PEDOT, Мартин и компания разработали методику модификации полимера под специализированные нужды. Например, добавление заместителя карбоновой кислоты, альдегида или малеимида к мономеру этилендиокситиофена (EDOT) придаёт универсальность для создания полимеров со множеством функций, так необходимых исследователям.

«Малеимид особенно силен, потому что мы можем делать химические замены по щелчку, чтобы получить наделённые нужными нам функциями полимеры и биополимеры», – делится Мартин. Смешивание незамещённого мономера с версией, замещённой малеимидом, приводит к получению материала со множеством мест, куда команда может прикрепить пептиды, антитела или ДНК. «Назовите свою любимую биомолекулу, и в принципе вы сможете сделать PEDOT’ную плёнку с любой биофункциональной группой, которая могла бы вас заинтересовать», – уверяет он.

Совсем недавно группа Мартина создала PEDOT’ную плёнку с прикреплёнными к фактору роста эндотелия сосудов (VEGF) антителами. VEGF стимулирует рост кровеносных сосудов после травмы, а опухоли захватывают этот белок, чтобы увеличить кровоснабжение. Полимер, который разработала команда, может действовать как датчик для обнаружения сверхэкспрессии VEGF и, следовательно, ранних стадий заболевания, среди других потенциальных применений.

Другие функционализированные полимеры содержат нейротрансмиттеры, и в этом виде могут помочь распознавать или лечить расстройства мозга или нервной системы. Пока что команда создала полимер с дофамином, который играет роль в аддиктивном поведении, а также другие варианты мономера EDOT, наделённые особыми свойствами посредством дофамина. Дэвид Мартин считает, что эти био-синтетические гибридные материалы когда-нибудь могут оказаться полезными в объединении мозга человека с искусственным интеллектом. 

Говоря о мечте – иметь возможность создавать и настраивать новые микродетекторы, приспосабливая необходимые составляющие, с последующим их вживлением в ткани живого организма – Мартин видит «возможность осуществлять контролируемую полимеризацию внутри живого организма просто захватывающей». Это и медицина, и новые грани познания, и новые способности, – словом, совсем другие горизонты. 



По материалам ACS (Американского химического общества)