Los investigadores de la Universidad de Rice han inventado un dispositivo que utiliza fluidos que se mueven rápidamente para insertar fibras conductoras de nanotubos de carbono en el cerebro, donde pueden ayudar a registrar las acciones de las neuronas.

La técnica basada en microfluidos del equipo de Rice promete mejorar las terapias que se basan en electrodos para detectar señales neuronales y desencadenar acciones en pacientes con epilepsia y otras afecciones.

Finalmente, los investigadores dijeron, Los electrodos basados ​​en nanotubos podrían ayudar a los científicos a descubrir los mecanismos detrás de los procesos cognitivos y crear interfaces directas con el cerebro que permitirán a los pacientes ver, escuchar o controlar miembros artificiales.

El dispositivo utiliza la fuerza aplicada por fluidos que se mueven rápidamente y que hacen avanzar suavemente las fibras flexibles aisladas hacia el tejido cerebral sin deformarse. Este método de entrega podría reemplazar las lanzaderas duras o rígidas, vainas biodegradables que se utilizan ahora para introducir cables en el cerebro. Ambos pueden dañar el tejido sensible en el camino.

La tecnología es el tema de un artículo en la revista American Chemical Society. Nano letras .

Los experimentos de laboratorio e in vivo mostraron cómo los dispositivos de microfluidos obligan a un fluido viscoso a fluir alrededor de un electrodo de fibra delgada. El fluido de movimiento rápido empuja lentamente la fibra hacia adelante a través de una pequeña abertura que conduce al tejido. Una vez que atraviesa el tejido, las pruebas mostraron el cable, aunque muy flexible, permanece derecho.

"El electrodo es como un fideo cocido que intentas poner en un tazón de gelatina, "dijo el ingeniero de Rice, Jacob Robinson, uno de los tres líderes del proyecto. "Por sí mismo, no funciona. Pero si pones ese fideo bajo el chorro de agua, el agua tira de los fideos en línea recta ".

El cable se mueve lentamente en relación con la velocidad del fluido. "Lo importante es que no estamos presionando en el extremo del cable o en una ubicación individual, "dijo el coautor Caleb Kemere, un ingeniero eléctrico e informático de Rice que se especializa en neurociencia. "Estamos tirando de toda la sección transversal del electrodo y la fuerza se distribuye por completo".

"Es más fácil tirar de cosas que son flexibles que empujarlas, "Dijo Robinson.

"Por eso se tiran los trenes, no empujado, "dijo el químico Matteo Pasquali, un coautor. "Por eso quiere poner el carro detrás del caballo".

La fibra se mueve a través de una abertura de aproximadamente tres veces su tamaño, pero aún lo suficientemente pequeña como para dejar pasar muy poco líquido. Robinson dijo que nada del líquido sigue el cable hacia el tejido cerebral (o, en experimentos, el gel de agarosa que sirvió como sustituto del cerebro).

Hay un pequeño espacio entre el dispositivo y el tejido, Dijo Robinson. La pequeña longitud de fibra en el espacio permanece en curso como un bigote que permanece rígido antes de convertirse en un mechón de cabello. "Usamos este muy corto, longitud sin soporte para permitirnos penetrar en el cerebro y usar el flujo de líquido en la parte posterior para mantener el electrodo rígido mientras lo movemos hacia abajo en el tejido, " él dijo.

"Una vez que el cable está en el tejido, está en una matriz elástica, soportado por todo el material de gel, "dijo Pasquali, un pionero de la fibra de nanotubos de carbono cuyo laboratorio fabricó una fibra personalizada para el proyecto. "Se apoya lateralmente, para que el cable no se doble fácilmente ".

Las fibras de nanotubos de carbono conducen electrones en todas direcciones, pero para comunicarse con las neuronas, pueden ser conductores solo en la punta, Dijo Kemere. "Damos el aislamiento por sentado. Pero recubrir un hilo de nanotubos con algo que mantendrá su integridad y bloqueará los iones para que no entren por el costado no es trivial, " él dijo.

Sushma Sri Pamulapati, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Pasquali, desarrolló un método para recubrir una fibra de nanotubos de carbono y mantenerla entre 15 y 30 micrones de ancho, muy por debajo del ancho de un cabello humano. "Una vez que supimos el tamaño de la fibra, fabricamos el dispositivo para que coincida, "Dijo Robinson." Resultó que podíamos hacer el canal de salida dos o tres veces el diámetro del electrodo sin que pasara mucho líquido ".

Los investigadores dijeron que su tecnología podría eventualmente escalar para entregar en el cerebro a la vez múltiples microelectrodos que están empaquetados estrechamente; esto haría más seguro y fácil la inserción de implantes. "Debido a que estamos creando menos daño durante el proceso de implantación, podríamos poner más electrodos en una región en particular que con otros enfoques, "Dijo Robinson.