In 3D mô cấy ghép não bằng polyme dẫn điện

03/04/2020, 16:15

TNNN - Các kỹ sư tại Viện Công nghệ Massachusetts, Hoa Kỳ đã và đang phát triển các mô thần kinh nhân tạo linh hoạt và an toàn hơn so với các mô cấy ghép não bằng kim loại hiện nay.

Polyme dẫn điện đang là nhóm vật liệu mà các nhà khoa học dành nhiều sự chú ý trong những năm gần đây vì tính chất dẻo dai giống như nhựa và tính dẫn điện giống như kim loại.

Tuy dung dịch polyme có thể dễ dàng sử dụng trên thiết bị điện như màn hình cảm ứng nhưng lại rất khó để dùng trong in 3D, Hyunwoo Yuk, một nghiên cứu sinh trong nhóm của GS. Zhao cho biết. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã tìm cách biến đổi khiến dung dịch polyme dẫn điện trở nên tương thích với máy in 3D.

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm trên polystyrene sulfonate poly (3,4-ethylenedioxythiophene), hoặc PEDOT: PSS, một loại polyme dẫn điện có dạng chất lỏng màu xanh đậm. Chất lỏng là hỗn hợp nước và sợi nano PEDOT: PSS dẫn điện. Khi tiếp xúc với nhau, các sợi nano hoạt động như một đường hầm để điện tích “chui” qua. Tuy nhiên, dung dịch này sẽ tràn ra nếu đưa trực tiếp vào máy in 3D. Bởi vậy, nhóm đã tìm cách khiến dung dịch polyme trở nên đặc hơn mà vẫn giữ nguyên tính dẫn điện.

Đầu tiên, nguyên liệu sẽ được làm đông lạnh, loại bỏ chất lỏng và chỉ để lại các sợi nano. Tuy nhiên, vì những sợi nano này sẽ trở nên giòn và nứt khi tồn tại đơn lẻ, các nhà nghiên cứu phải bổ sung thêm nước và dung môi hữu cơ để tạo thành hydrogel - một vật liệu cao su gốc nước có chứa các sợi nano. Sau khi thử nghiệm với nhiều mật độ sợi nano khác nhau, nhóm nghiên cứu phát hiện hydrogel có nồng độ 5-8% sẽ tạo ra một chất dẫn điện tương thích với máy in 3D.

Cho polyme dẫn điện mới vào máy in 3D thông dụng, nhóm nghiên cứu đã tạo ra nhiều mẫu in có cấu trúc phức tạp một cách ổn định mà vẫn duy trì được tính dẫn điện từ vật liệu gốc. Một trong số những sản phẩm nổi bật là một điện cực nhỏ, dẻo, kích cỡ chỉ bằng một mảnh pháo giấy. Điện cực này bao gồm một lớp polyme dẻo, trong suốt, bên trên là polyme dẫn điện sắp xếp thành các đường thẳng song song, hội tụ ở một đầu. Khi cấy điện cực này vào não chuột, nó có thể nhận diện được tín hiệu điện từ một nơron trong não.

Về nguyên tắc, các điện cực mềm bằng hydrogel có độ nhạy cao hơn các điện cực kim loại thông thường. Hầu hết các điện cực kim loại dẫn điện dưới dạng electron, trong khi tế bào thần kinh trong não tạo ra tín hiệu điện dưới dạng ion. Trong quá trình chuyển đổi ion sang tín hiệu điện, điện cực kim loại có thể bỏ sót một số tín hiệu. Ngược lại, điện cực mềm được tạo ra từ polyme dẫn điện giúp ion có thể dễ dàng di chuyển qua các sợi nano và truyền tín hiệu.

Ngoài đoạn dò thần kinh, nhóm nghiên cứu còn chế tạo một mạng thần kinh đa điện cực và nhiều sản phẩm khác. Qua công trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã chứng minh phương pháp in 3D có khả năng tái tạo cả những cấu trúc phức tạp nhất như cấu trúc mạng thần kinh.

Nguồn: KHoa học & Phát triển