Новый мягкий биоэлектронный имплантат протестирован на запястье человека и бьющемся сердце свиньи
Исследователи из Центра исследований наночастиц Института фундаментальных наук (IBS) создали носимый и имплантируемый прибор, который измеряет электрофизиологические сигналы и применяет электрическую и тепловую стимуляцию. Он предоставляет информацию о мышечной и сердечной дисфункции и может использоваться для облегчения боли, реабилитации и управления протезами. Этот прототип, описанный в Nature Nanotechnology, является первым мягким имплантатом, способным записывать сердечную активность в нескольких точках сердца свиньи, что может внести вклад в разработку биоэлектроники будущего.
Устройство было испытано на коже человека для записи данных электрокардиограммы (ЭКГ) и электромиограммы (ЭМГ). Благодаря мягкости, эластичности и растяжимости оно может повторять контуры гибких суставов, например, запястья. Надетое на предплечье, оно одновременно отслеживало сигналы ЭМГ и доставляло электрическую и тепловую стимуляцию для терапевтического применения.
Команда также создала большую индивидуальную сетку, соответствующую нижней части сердца свиньи. Обернутая вокруг сердца, она может считывать сигналы со всего органа для выявления возможных поражений и помощи в восстановлении. Например, она зарегистрировала изменение сигнала ЭКГ, вызванное острым инфарктом миокарда. Сетка стабильна при повторяющихся движениях сердца и не мешает его насосной активности.
«Хотя о различных мягких сердечных устройствах для крыс уже сообщалось, это исследование на свиньях может точнее аппроксимировать физиологию человека», — говорит первый соавтор исследования ЧХВЕ Су Джи. «Мы стремимся изучать сердечные заболевания и стимулировать сердце более эффективно, синхронизируясь с его насосной активностью».
Это растяжимое и проводящее устройство состоит из покрытых золотом серебряных нанопроволок, смешанных с каучуком полистирол-бутадиен-стирол (SBS). Обычные проводящие резины на основе серебряных проволок имеют ограниченное биомедицинское применение из-за токсичности серебра. В данном исследовании золотое покрытие предотвращает вымывание серебра и его коррозию под действием воздуха и биологических жидкостей, таких как пот.
«Мы воспользовались преимуществами высокой проводимости серебра, растяжимости SBS и высокой биосовместимости золота», — поясняет директор Центра исследований наночастиц и соавтор-корреспондент ХЁН Тхэгван. «Ключом к успеху было нахождение правильной пропорции каждого материала».
Планы на будущее включают дальнейшее повышение проводимости и растяжимости за счет разработки новых нетоксичных материалов и изучение терапевтического эффекта сетки при сердечных заболеваниях.