Новости химической науки > Искусственная кожа передает сигналы к нейронам

В настоящее время протезы конечностей могут восстановить способность человека, подвергшегося ампутации, ходить или перемещать объекты, однако они пока еще не могут восстановить у человека тактильные ощущения.

Исследователи из Стэнфорда на шаг приблизились к созданию восстанавливающих чувство ощущения протезов, создав электронную кожу, способную реагировать на изменения давления и передавать сигналы на нервные центры точно так же, как это делает кожа человека.

Женянь Бао (Zhenan Bao) с соавторами получил искусственную кожу, используя три компонента – микроструктурированные резистивные датчики давления, гибкие органические электронные схемы, а также нервные клетки, содержащие ионные каналы, активируемые светом.

Электронная кожа (в центре) состоит из сенсоров давления, объединенных с напечатанными органическими электронными схемами, посылающими сигналы на нервные клетки по оптоволокну. (Рисунок из Science 2015, DOI: 10.1126/science.aaa9306)

Сенсоры давления созданы из композитного материала, состоящего из углеродных нанотрубок и эластомеров, они имеют форму пирамидальных структур, покрывающих поверхность. Сенсор изменяет проводимость, реагируя на приложенное давление. В группе Бао уже получали сенсоры подобного типа, однако новые резистивные сенсоры могут лучше детектировать давление в тех диапазонах, в которых его чувствует кожа человека.

Каждый из сенсоров связан с напечатанной органической электронной схемой, изготовленной при участии исследовательского центра фирмы «Ксерокс» [Palo Alto Research Center (PARC)]. Напечатанная схема конвертирует сигнал, вызванный изменением давления, в серию электрических импульсов, при этом в зависимости от давления частота импульсов изменяется. Как отмечает Бао, схему не так уж и сложно получить, и она хорошо считывает электрические сигналы новых сенсоров.

Исследователи использовали электрические импульсы для модулирования чистоты светоизлучающих диодов. Для доказательства возможностей разработанной схемы исследователи с помощью оптоволокна посылали свет от светоизлучающих диодов непосредственно на препараты мозга подопытных мышей, тем самым стимулируя в них нейроны. Нервные клетки изученных образцов содержали модифицированные родопсинами нейроны, которые, реагируя на свет, стимулировали активность нервных клеток.

Как отмечает специалист по электронной коже из Университета Калифорнии (Беркли) Али Джави (Ali Javey), новое исследование является важным достижением в области разработки кожеподобных материалов, имитирующих свойства покровов человека на беспрецедентном уровне, которое может оказать существенное влияние на создание более совершенных протезов.

Сам разработчик новой кожи Бао считает, что его работа является лишь одним из первых шагов по направлению к созданию полностью интегрированной с нервной системой человека искусственной кожи. В перспективе Бао планирует создать материалы, имитирующие другие ощущения, которые передаются через кожу человека (например - чувства тепла и холода).

Источник: Science 2015, DOI: 10.1126/science.aaa9306

метки статьи: #бытовая химия, #медицинская химия, #нанотехнологии, #новые материалы, #химия полимеров