Khoa học - Y dược

Cảm biến điện tử sinh học mềm cho phép theo dõi não bộ đang phát triển (12/02/2025)

Các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học California, Irvine và Đại học Columbia của New York đã nhúng các bóng bán dẫn vào một vật liệu mềm, có thể thích ứng để tạo ra một cảm biến cấy ghép tương thích sinh học để theo dõi các chức năng thần kinh qua các giai đoạn phát triển liên tiếp của bệnh nhân.

Trong một bài báo được công bố gần đây trên tạp chí Nature Communications, các nhà khoa học đã mô tả quá trình tạo ra các bóng bán dẫn điện hóa hữu cơ bổ sung, có cổng ion bên trong, dễ tương thích sinh học về mặt hóa học, sinh học và điện tử với các mô sống hơn so với các công nghệ vật liệu cứng, làm từ silicon. Thiết bị y tế dựa trên các bóng bán dẫn này có thể hoạt động ở các bộ phận nhạy cảm của cơ thể và phù hợp với các cấu trúc của các cơ quan ngay cả khi các cơ quan phát triển.

Dion Khodagholy, giáo sư xuất sắc của Khoa Henry Samueli tại Khoa Kỹ thuật Điện và Khoa học Máy tính của UC Irvine, đồng tác giả cho biết: "Các thiết bị điện tử tiên tiến đã được phát triển trong nhiều thập kỷ qua, vì vậy luôn có sẵn một kho lưu trữ lớn các thiết kế mạch. Vấn đề là hầu hết các công nghệ bóng bán dẫn và bộ khuếch đại này không tương thích với sinh học của cơ thể chúng ta. Đối với sáng kiến ​​này, chúng tôi đã sử dụng các vật liệu polyme hữu cơ vốn “thân thiện” hơn với chúng ta về mặt sinh học và chúng tôi đã thiết kế chúng để có thể tương tác với các ion, vì ngôn ngữ của não và cơ thể là ion, không phải điện tử".

Trong điện tử sinh học tiêu chuẩn, các bóng bán dẫn bổ sung được tạo thành từ các vật liệu khác nhau để giải thích cho các cực tín hiệu khác nhau, ngoài việc cơ thể không chịu được và cồng kềnh, nó còn có nguy cơ gây độc khi cấy ghép vào các vùng nhạy cảm. Vấn đề này đã được nhóm các nhà nghiên cứu của UC Irvine và Đại học Columbia giải quyết bằng cách tạo ra các bóng bán dẫn theo cách không đối xứng cho phép chúng được vận hành bằng vật liệu tương thích sinh học duy nhất.

"Bóng bán dẫn giống như một van đơn giản điều khiển dòng điện. Trong bóng bán dẫn của chúng tôi, quá trình điều khiển vật lý này được điều chỉnh bởi quá trình pha tạp điện hóa và khử pha tạp của kênh", Duncan Wisniewski, tác giả đầu tiên của nghiên cứu, ứng cử viên tiến sĩ của Trường Đại học Columbia, hiện là học giả thỉnh giảng tại Khoa Kỹ thuật Điện và Khoa học Máy tính của UC Irvine, cho biết.

"Nhờ việc thiết kế các thiết bị có tiếp điểm không đối xứng, chúng tôi có thể điều khiển vị trí pha tạp trong kênh và chuyển trọng tâm từ điện thế âm sang điện thế dương. Phương pháp thiết kế này cho phép chúng tôi tạo ra một thiết bị bổ sung bằng một vật liệu duy nhất".

Ông nói thêm rằng, việc sắp xếp các bóng bán dẫn thành một vật liệu polyme đơn nhỏ gọn hơn giúp đơn giản hóa đáng kể quá trình chế tạo, cho phép sản xuất quy mô lớn và có cơ hội mở rộng công nghệ vượt ra ngoài ứng dụng thần kinh ban đầu sang hầu hết mọi quy trình tiềm năng sinh học khác.

Khodagholy, người đứng đầu Phòng thí nghiệm điện tử thần kinh chuyển dịch tại UC Irvine, đã chuyển đến Irvine từ Đại học Columbia gần đây cho biết, công trình của nhóm ông có thêm lợi ích là khả năng mở rộng của nó.

“Bạn có thể tạo ra các kích thước thiết bị khác nhau và vẫn duy trì được tính bổ sung này, và bạn thậm chí có thể thay đổi vật liệu, điều này khiến cho sự đổi mới này có thể áp dụng trong nhiều tình huống", ông nói.

Một lợi thế khác được nêu bật trong bài báo là thiết bị có thể được cấy ghép vào động vật đang phát triển và chịu được sự thay đổi trong cấu trúc mô khi sinh vật phát triển, điều mà không thể thực hiện được với các thiết bị cấy ghép cứng làm từ silicon.

"Đặc điểm này sẽ khiến thiết bị đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng nhi khoa", Jennifer Gelinas, phó giáo sư giải phẫu và thần kinh học tại UC Irvine cũng như nhi khoa, đồng thời là bác sĩ tại Bệnh viện Nhi Orange County, đồng tác giả nghiên cứu cho biết.

"Chúng tôi đã chứng minh được khả năng tạo ra các mạch tích hợp bổ sung mạnh mẽ có khả năng thu thập và xử lý tín hiệu sinh học chất lượng cao", Khodagholy cho biết.

Tham gia cùng Khodagholy, Gelinas và Wisniewski trong dự án này là Claudia Cea, Liang Ma, Alexander Ranschaert, Onni Rauhala và Zifang Zhao của Đại học Columbia./.

P.T.T (NASATI), theo https://medicalxpress.com/, 18/1/2025

Ngày cập nhật: 04/02/2025

https://www.vista.gov.vn/vi/news/khoa-hoc-y-duoc/cam-bien-dien-tu-sinh-hoc-mem-cho-phep-theo-doi-nao-bo-dang-phat-trien-10721.html