Имплантируемая биоэлектроника — ключевой инструмент в нейронауках, терапии неврологических заболеваний и создании интерфейсов «мозг-компьютер». Она работает как мост между живыми тканями и внешними устройствами, считывая, анализируя и изменяя электрические сигналы организма.

Обычные импланты плохо сливаются с нервной тканью — у них нет гибкости и свойств, похожих на нейроны. Это мешает стабильной работе и долгосрочной интеграции.

Команда доктора Ду Сюэминя из Шэньчжэньского института передовых технологий Китайской академии наук разработала новый материал — ферроэлектрическую биоэлектронику (FerroE). Это гибридная платформа, которая имитирует нейроны и легко взаимодействует с нервной системой.

Результаты опубликованы в издании Advanced Materials.

Ферроэлектричество — свойство материалов спонтанно менять полярность под внешним воздействием (свет, температура, электрическое поле). В FerroE это позволяет генерировать ток без проводов.

Из чего состоит FerroE:

• Наночастицы титаната бария с покрытием из полидофамина — преобразуют свет в тепло и усиливают ферроэлектрические свойства.
• Полимер на основе фторида поливинилидена — генерирует электрические импульсы за счет переключения поляризации.
• Микропирамиды на поверхности — помогают нейронам прикрепляться и формировать связи.

FerroE сочетает гибкость, структуру и функции нейронов. Он реагирует на свет, создает стабильные электрические сигналы и интегрируется в нервную ткань без отторжения.

Эксперименты на мышах показали, что FerroE может:

• Беспроводно регулировать частоту сердечных сокращений через блуждающий нерв.
• Управлять двигательной активностью через моторную кору.
• Работать без потери эффективности три месяца после имплантации.

Этот материал открывает путь к новым нейроинтерфейсам и методам лечения, — говорит доктор Ду.

FerroE решает две главные проблемы биоэлектроники: отторжение имплантов и необходимость проводов. Если технология дойдет до клиник, это позволит:

• Лечить эпилепсию и болезнь Паркинсона без вживления громоздких стимуляторов.
• Создавать более точные протезы, управляемые сигналами мозга.
• Развивать нейрореабилитацию — например, восстанавливать подвижность после инсульта.

Но пока это только эксперименты на животных. До человека — годы доработок.

Исследование не учитывает долгосрочные эффекты нагрева от фототермального воздействия. Наночастицы титаната бария могут повреждать ткани при длительном облучении. Нужны тесты на безопасность в течение года и более.

Ранее ученые разработали ферроэлектрические полимеры.