Розроблено наноматеріал, який стимулює та відновлює порвані нерви

Нейроінженери з Університету Райса розробили крихітні частинки з магнітооптичними властивостями для стимулювання нервової тканини. Ефективність матеріалу підтвердили в експериментах на щурах.

Технологія дозволить замінити великі нейроімплантати.

Пристрій є магнітоелектриком: генерує електрику під впливом магнітного поля. Метаматеріал складається з двох шарів металево-скляного сплаву Metglas, між якими вміщено п’єзоелектричний шар із титанату, свинцю та цирконію.

П’єзоелектричні матеріали генерують електрику під впливом механічних сил. Metglas – магнітострикційний матеріал, тобто він змінює форму під дією магнітного поля. У готовому пристрої зміна форми зовнішніх шарів під впливом магнітних імпульсів змушує п’єзоелектричний матеріал у центрі генерувати електричний сигнал.

Магнітоелектрики вже тестували у неврології. Наприклад, дослідження 2021 року показало, як магнітоелектричні пристрої передають сигнали по бездротовій мережі, замінюючи сигнальний шлях пошкоджених нейронів. Але сигнали магнітоелектриків, як правило, надто швидкі, щоб людські нерви могли їх вловити.

Щоб вирішити цю проблему, дослідники збільшили магнітоелектричну плівку, додавши до неї оксид платини, гафнію та оксид цинку. Незважаючи на багатошарову будову, товщина плівки становила всього близько 200 нм. Модифікація дозволила отримати оптимальну частоту точно розрахованої нейронної стимуляції.

Готовий матеріал протестували на щурах та виявили, що він стимулює роботу периферичних нервів у гризунів під наркозом, а також відновлює функцію перерізаного сідничного нерва.

Технологія підійде для розробок у галузі нейропротезування та сенсорного керування в мікроелектроніці.