Мягкие сенсоры для диагностики заболеваний мозга

Ученые из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (KAUST, Саудовская Аравия) разработали гибкую и недорогую сенсорную технологию для более безопасной и эффективной диагностики и лечения заболеваний мозга.

Картирование электрической активности мозга критически важно для понимания неврологических расстройств, таких как депрессия и болезнь Альцгеймера. В настоящее время для мониторинга активности мозга используются мультиэлектродные массивы, называемые массивами Мичигана или Юты. Эти жесткие устройства из слоев проводящих кремниевых игл вводятся через скальп для мониторинга поверхности мозга. Иглы могут вызывать воспаление тканей, поэтому их необходимо удалять в течение года.

Мохаммад Хуссейн и Афтаб Хуссейн из лабораторий KAUST хотели создать мягкий и гибкий сенсор, который можно было бы разместить на поверхности мозга внутри внутричерепного пространства, обеспечивая лучший контакт и снижая риск повреждения тканей.

«Сенсорам требуется связанная с ними электроника для взаимодействия с нами, и эта электроника рассеивает тепло, вызывая эффект жжения в мозге, который может необратимо повредить ткани. Задача состоит в том, чтобы держать электронику подальше от мозга», — объясняет Мохаммад Хуссейн.

Работая в этих рамках, они создали сенсор из золотых электродов, заключенных в полимерное покрытие, с вертикально ориентированными соединениями. Разместив коннекторы сверху сенсора и позволив им проходить через полимерную подложку, интегральную схему (IC) можно прикрепить к обратной стороне устройства, изолировав ее от поверхности мозга и предотвратив локальные перегревы.

Внутричерепное пространство мозга представляет собой область всего в 64 см² для картирования более 80 миллиардов нейронов. Поэтому предотвращение контакта электроники с мозгом не только безопаснее, но и максимизирует количество нейронов, которые можно отслеживать с помощью сенсорного массива.

«Сенсор контактирует с мягкими тканями мозга, где собирает данные об активности, а интегральная схема размещена сверху, с мягким изолирующим полимерным материалом между ними. Это позволяет картировать большую площадь и снизить эффект нагрева», — говорит Хуссейн.

Используя передовые технологии изготовления интегральных схем, исследователи разработали метод, который может привести к массовому производству сенсоров. Они будут безопаснее, обладать улучшенными возможностями картирования и достаточной прочностью для длительного функционирования.

«В настоящее время мы сотрудничаем с Гарвардско-Массачусетским медицинским институтом над использованием этой техники для повышения эффективности системы интерфейса картирования», — говорит Хуссейн.