يتوافق مع أنسجة الجسم.. ابتكار مستشعر يسمح بمراقبة الدماغ أثناء التطور

نجح باحثون في دمج ترانزستورات في مادة ناعمة وقابلة للتشكيل لإنشاء جهاز استشعار متوافق حيويا يراقب الوظائف العصبية خلال المراحل المتعاقبة من نمو المريض.

في ورقة بحثية نشرت مؤخرًا في مجلة Nature Communications، وصف العلماء بناءهم لترانزستورات كهروكيميائية عضوية داخلية مكملة ذات بوابات أيونية، والتي تكون أكثر ملاءمة كيميائيًا وبيولوجيًا وإلكترونيًا للأنسجة الحية من التقنيات الصلبة القائمة على السيليكون.

تفاصيل المستشعر

يمكن للجهاز الطبي القائم على هذه الترانزستورات أن يعمل في أجزاء حساسة من الجسم ويتوافق مع هياكل الأعضاء حتى أثناء نموها.

وبحسب موقع ميديكال إكسبريس، قال المؤلف المشارك ديون خوداغولي: "كانت الإلكترونيات المتقدمة قيد التطوير لعدة عقود الآن، لذا يوجد مستودع كبير من تصميمات الدوائر المتاحة، المشكلة هي أن معظم تقنيات الترانزستور والمضخمات هذه غير متوافقة مع فسيولوجيتنا".

وأضاف: "بالنسبة لابتكارنا، استخدمنا مواد بوليمرية عضوية أقرب إلينا بيولوجيًا بطبيعتها، وصممناها للتفاعل مع الأيونات، لأن لغة الدماغ والجسم أيونية، وليست إلكترونية".

في الإلكترونيات الحيوية القياسية، تم تأليف الترانزستورات التكميلية من مواد مختلفة للتعامل مع أقطاب الإشارات المختلفة، والتي بالإضافة إلى كونها غير مرنة ومرهقة، فإنها تشكل خطر السمية عند زرعها في مناطق حساسة.

عمل فريق الباحثين من جامعة كاليفورنيا في إيرفين وجامعة كولومبيا على التغلب على هذه المشكلة من خلال إنشاء الترانزستورات بطريقة غير متماثلة تمكنها من العمل باستخدام مادة واحدة متوافقة حيويًا.

وقال المؤلف الأول دنكان ويسنيفسكي: "الترانزستور يشبه صمامًا بسيطًا يتحكم في تدفق التيار. في ترانزستوراتنا، يتم التحكم في العملية الفيزيائية التي تتحكم في هذا التعديل من خلال التشويب الكهروكيميائي وإزالة التشويب من القناة".

وأضاف أنه "من خلال تصميم أجهزة ذات جهات اتصال غير متماثلة، يمكننا التحكم في موقع التنشيط في القناة وتحويل التركيز من الجهد السلبي إلى الجهد الإيجابي. يتيح لنا هذا النهج التصميمي صنع جهاز مكمل باستخدام مادة واحدة".

وتابع أن تجميع الترانزستورات في مادة بوليمرية مفردة أصغر حجمًا يبسط إلى حد كبير عملية التصنيع، مما يتيح التصنيع على نطاق واسع ويفتح فرصًا لتوسيع التكنولوجيا إلى ما هو أبعد من التطبيق العصبي الأصلي إلى أي عملية حيوية محتملة تقريبًا.

وقال خوداغولي إن عمل فريقه يتمتع بفائدة إضافية تتمثل في قابلية التوسع: "يمكنك صنع أحجام مختلفة من الأجهزة مع الحفاظ على هذا التكامل، ويمكنك حتى تغيير المادة، مما يجعل هذا الابتكار قابلًا للتطبيق في مواقف متعددة.

ومن بين المزايا الأخرى التي أبرزتها الورقة البحثية أن الجهاز يمكن زراعته في حيوان نامٍ ويتحمل التحولات في هياكل الأنسجة أثناء نمو الكائن الحي، وهو أمر غير ممكن مع الغرسات الصلبة القائمة على السيليكون.

قالت المؤلفة المشاركة جينيفر جيليناس، الأستاذة المساعدة في علم التشريح وعلم الأعصاب وطب الأطفال في جامعة كاليفورنيا في إيرفين: "ستجعل هذه الخاصية الجهاز مفيدًا بشكل خاص في تطبيقات طب الأطفال".

وقال خوداغولي: "لقد أثبتنا قدرتنا على ابتكار دوائر متكاملة ومتكاملة وقوية قادرة على الاستحواذ على الإشارات البيولوجية ومعالجتها بجودة عالية".

وأضاف أن الترانزستورات الكهروكيميائية العضوية المكملة الداخلية ذات البوابات الأيونية "ستوسع بشكل كبير نطاق تطبيق الإلكترونيات الحيوية على الأجهزة التي كانت تعتمد تقليديا على مكونات ضخمة وغير متوافقة حيويا".