Aivoissa valmistuvat elektrodit

Biologian ja teknologian väliset rajat hämärtyvät. Ruotsin Linköpingin, Lundin ja Göteborgin yliopistojen tutkijat ovat onnistuneesti kasvattaneet elektrodeja elävässä kudoksessa käyttämällä kehon molekyylejä laukaisimina.

Science-lehdessä julkaistu tutkimus tasoittaa tietä täysin integroitujen elektronisten piirien muodostumiselle eläviin organismeihin.

”Olemme usean vuosikymmenen ajan yrittäneet luoda elektroniikkaa, joka matkii biologiaa. Nyt annamme biologian luoda elektroniikan puolestamme”, sanoo professori Magnus Berggren Linköpingin yliopiston Organic Electronicsin laboratoriosta,

Elektroniikan yhdistäminen biologiseen kudokseen on tärkeää monimutkaisten biologisten toimintojen ymmärtämiseksi, aivojen sairauksien torjumiseksi ja tulevaisuuden rajapintojen kehittämiseksi ihmisen ja koneen välille. Puolijohdeteollisuuden tuottamilla perinteisellä bioelektroniikalla on kuitenkin kiinteä ja staattinen rakenne, jota on vaikea, ellei mahdoton, yhdistää eläviin biologisiin signaalijärjestelmiin.

Tämän biologian ja teknologian välisen kuilun umpeen kuromiseksi tutkijat ovat kehittäneet menetelmän pehmeiden, substraattivapaiden, elektronisesti johtavien materiaalien luomiseksi elävään kudokseen. Injektoimalla geeliä, joka sisälsi entsyymejä "kokoonpanomolekyyleinä", tutkijat pystyivät kasvattamaan elektrodeja seeprakalojen ja lääkeiilimatojen kudoksiin.

”Kosketus kehon aineiden kanssa muuttaa geelin rakennetta ja tekee siitä sähköä johtavan, mitä se ei ole ennen injektiota. Kudoksesta riippuen voimme myös säätää geelin koostumusta sähköprosessin käynnistämiseksi”, sanoo Xenofon Strakosas, LOE:n ja Lundin yliopiston tutkija ja yksi tutkimuksen päätekijöistä.

Kehon endogeeniset molekyylit riittävät käynnistämään elektrodien muodostumisen. Ei tarvita geneettistä muuntelua tai ulkoisia signaaleja, kuten valoa tai sähköenergiaa, mitä on tarvittu aiemmissa kokeissa. Ruotsalaiset tutkijat onnistuvat tässä ensimmäisinä maailmassa.

Heidän tutkimuksensa tasoittaa tietä uudelle bioelektroniikan paradigmalle. Siellä missä aiemmin tarvittiin istutettuja fyysisiä esineitä elektronisten prosessien käynnistämiseen kehossa, viskoosin geelin injektio riittää tulevaisuudessa.

Tutkijat osoittavat tutkimuksessaan lisäksi, että menetelmällä voidaan kohdistaa elektronisesti johtava materiaali tiettyihin biologisiin alirakenteisiin ja siten luoda sopivia rajapintoja hermostimulaatiolle. Pitkällä aikavälillä täysin integroitujen elektronisten piirien valmistaminen eläviin organismeihin voi olla mahdollista.

”Tuloksemme avaavat täysin uusia tapoja ajatella biologiasta ja elektroniikasta. Meillä on vielä monia ongelmia ratkaistavana, mutta tämä tutkimus on hyvä lähtökohta tulevalle tutkimukselle”, sanoo Hanne Biesmans, LOE:n tohtoriopiskelija ja yksi pääkirjoittajista.

Aiheesta aiemmin:

Pystysuuntainen sähkökemiallinen transistori