Миниатюрные датчики-импланты могут прийти на смену электродам

Учёные Калифорнийского университета в Беркли (The University of California, Berkeley) разработали первые миниатюрные беспроводные сенсоры, которые можно имплантировать в тело. Новые датчики позволяют стимулировать нервы и мускулы, и учёные надеются, что однажды с их помощью можно будет лечить эпилепсию, мобилизовать иммунную систему или подавлять воспалительные процессы. Принципы работы устройства описаны в статье, опубликованной в журнале Neuron.

Так называемая «нейропыль» записывает и воспроизводит информацию с помощью ультразвука. Ультразвук уже широко используется в больницах и, в отличие от радиоволн, проникает практически в любую часть организма. «Измерения непосредственно в теле раньше были недоступны, потому что не существовало способа засунуть что-нибудь супермаленькое суперглубоко, — говорит Мишель Махарбиц (Michel Maharbiz), один из авторов исследования. — Но теперь я могу взять пылинку, «припарковать» её рядом с нервом, органом, вашим ЖКТ или мускулом и считать данные».

Сенсоры, размером 1 кубический миллиметр, содержат пьезокристалл, который преобразует ультразвуковые колебания в электричество. Оно питает маленький транзистор, находящийся в контакте с нервом или мышечным волокном. Скачок напряжения в ткани изменяет электрическую цепь и колебания кристалла, а он искажает посланный прибором звук. Отражение сигналов, называемое «обратным рассеянием», позволяет определить напряжение.

Нейропыль протестировали на лабораторных животных: учёные имплантировали датчики в мышечные волокна и периферическую нервную систему крыс и посылали им 540-наносекундные ультразвуковые импульсы каждые 100 микросекунд. Это позволило считывать информацию в режиме реального времени. По словам исследователей, новые устройства будут так же хорошо работать в ЦНС и других системах организма. «Я думаю, что в долгосрочной перспективе область применения нейропыли не ограничится нервами и мозгом, а будет гораздо шире», — комментирует Махарбиц.

Датчики первого поколения покрыты материалом на основе эпоксидной смолы, но в будущем учёные собираются использовать тонкие биосовместимые плёнки, которые могут находиться в организме более десяти лет. Современные вживляемые электроды разлагаются в течение 1—2 лет, и работают от проводов, пропущенных через отверстия в черепе. «Когда нейропыль пройдёт клинические испытания, она заменит проволочные электроды», — говорит член научной группы Хосе Кармена (Jose Carmena).

Теперь учёные намерены уменьшить размер «пылинок», опробовать новые материалы и усовершенствовать передатчик ультразвука. Кроме того они пытаются использовать устройство для регистрации неэлектрических сигналов, например, уровня гормонов или кислорода.