Используя 3D-печать наночастицами исследователи из университета Карнеги-Мелон (https://www.cmu.edu/ ) работают над созданием нового класса нейронных датчиков с высокой плотностью. Для этого проекта ассоциированный профессор в области механической инженерии Рахул Панат (Rahul Panat) и ассистент-профессор по биологии Эрик Иттри (Eric Yttri) получили грант размере $1,95 млн. от Национального Института Здоровья (https://www.nih.gov/).

 

Как часть федеральной инициативы по исследованию мозга посредством применения инновационных нейротехнологий (BRAIN), грант поддержал исследования, которые приведут к созданию нового способа производства мозговых имплантов на базе недорогих аддитивных методов производства.

 

Определение функций различных частей головного мозга играет существенную роль в диагностировании опухолей, метаболических расстройств и нейрохирургии. Неинвазивные методы, как сканирование мозга имеют дело со структурой, функционированием и характером взаимодействия нервной системы. Основные методы сканирования и наблюдения мозга включают в себя акустическую голографию, магнитоэнцелографию, гамма-камеры, микроскопию с плоскостным освещением (light-sheet) и электрокортикографию. Все эти методы позволяют наблюдать за всем мозгом, но как объясняет Иттри «...временное и пространственное разрешение оставляют желать лучшего». 

 

С другой стороны, импланты могут записывать и стимулировать электрические сигналы от отдельных нейронов или сетей нейронов. Импланты микроскопичского масштаба, такие как нейронные зонды состоят из матриц электродов, соединённых с записывающей нейро-микросхемой. «Электроды могут дать нам миллисекунду, разрешение одиночного нейрона», объясняет Иттри. «Но даже со всеми последними достижениями мы можем получить информацию от 300-400 нейронов за один раз.

 

Многие существующие 2-х и 3-х мерные матрицы электродов неприемлимо хрупки и дОроги. Это приводит к тому, что их использование во многих случаях просто непрактично. Существующие матрицы также имеют низкую плотность электродов. Как результат, высокое разрешение, необходимое в таких случаях, как например нейропротезирование, недостижимо с существующими зондами.

 

Используя свой опыт в области нейронауки и аддитивном производстве Панат и Иттри совместно разрабатывают полностью 3D печатаемую микроэлектродную матрицу. В частности они используют технологию 3D печати Aerosol-Jet, которая может создавать структуры с впечатляющим соотношением прочность-вес и контролировать материалы на молекулярном уровне. Этот же метод был использован для 3D печати высоко-ёмкостных литий-ионных батарей.

 

«Мы предлагаем использовать новый метод аддитивного производства, в котором 3D печать наночастицами позволяет производить нейронные зонды высокой плотности с заданными свойствами», говорит Панат. «Записывающая плотность зондов будет на порядок выше, чем это можно было бы достигнуть существующими методами».

 

Технология 3D печати наночастицами обещает преодолеть существующие на данный момент ограничения в терминах наблюдения, структуры, надёжности и цены. 3D печать позволяет кастомизировать процесс производства электродов. Записывающие участки могут быть расположены как близко друг к другу, так и насколько необходимо далеко. Структура электродов также может быть разработана с учётом более лёгкой имплантации в мозг и минимальным воздействием на последний. Исследователи могут также прототипировать новые конфигурации электродов на заказ в течении нескольких часов. Более того, на основе более точного 3D распознавания нейронных цепей, исследования приведут к новым способам лечения нейродегенеративных расстройств, таких как параплегия и эпилепсия.

 

Долговременная цель исследователей — создание прецезионных медицинских устройств, таких как интерфейсы мозг-машина (BMIs). Точность и настраиваемость являются ключевыми характеристиками при разработке таких устройств. Например, пациент, нуждающийся в нейропротезировании, получает структурное МРТ устройство, которое может быть настроено конкретно под него. Индивидуальные особенности мозга могут быть определены с высокой точностью, что приведёт к более обширному восстановлению нарушенных функций.

 

Источник: https://3dprintingindustry.com/news/carnegie-mellon-granted-1-95-million-to-build-aerosol-jet-printed-neural-probes-161045/