Учёные создали гибридные нанотрубочные электроды для безопасных нейроинтерфейсов

Исследователи разработали гибкие гибридные массивы из углеродных нанотрубок и полимера для записи сигналов мозга. Автор: Сеульский национальный университет науки и технологий

Интерфейсы «мозг-компьютер» — это технологии, обеспечивающие прямую связь между активностью мозга и внешними устройствами, позволяя исследователям отслеживать и интерпретировать мозговые сигналы в реальном времени. Эти соединения часто включают массивы крошечных, похожих на волосы электродов, называемых «микроэлектродами», которые имплантируются в мозг для записи или стимуляции электрической активности.

На протяжении десятилетий микроэлектроды сталкивались с проблемой баланса между проводимостью и совместимостью с тканями. Жёсткие металлические или кремниевые электроды обеспечивают стабильную запись сигналов, но часто повреждают нежные ткани мозга, тогда как более мягкие полимерные электроды уменьшают вред, но страдают от плохой передачи сигнала.

Преодолевая этот разрыв, исследовательская группа под руководством доцента Чон Г. Ока из Департамента механического и автомобильного инжиниринга Сеульского национального университета науки и технологий и доктора Мэсуна Има из Института наук о мозге Корейского института науки и технологий (KIST) разработала микроэлектрод с трёхмерными «лесами» из углеродных нанотрубок (УНТ), которые эффективно проводят электричество, как металлы, но также гнутся, как мягкие ткани. Встроенные в эластичную полимерную основу, массивы примерно в 4000 раз мягче кремния и примерно в 100 раз мягче полиимида.

Результаты исследования были опубликованы в интернете в журнале Advanced Functional Materials 27 июня 2025 года.

Для изготовления этих массивов исследователи использовали многоступенчатый процесс вертикального роста УНТ и запатентованную технику гибридизации полимер-УНТ. Полученные массивы продемонстрировали стабильное внедрение в ткани мозга, обеспечивая точную запись зрительных реакций. Массивы также показали заметное снижение воспалительных реакций по сравнению с вольфрамовыми микропроводами, что делает их многообещающим вариантом для более безопасных применений в мозге.

«Комбинируя вертикально выровненные УНТ с гибким полимером, мы достигли как высокой электрической производительности, так и механической податливости в одном устройстве, — говорит ведущий автор, доктор Ок. — Эта двойная способность обеспечивает долгосрочный, стабильный нейронный интерфейс без вреда для окружающей ткани».

Эксперименты in vivo на мышах также подтвердили способность устройства записывать световые реакции нейронов зрительной коры (зрительный центр, расположенный в задней части мозга). Кроме того, одномесячная имплантация массивов УНТ показала более низкую активацию астроцитов и микроглиальных клеток (клеток, участвующих в иммунном ответе), чем те, которые наблюдались в обычных электродах, что подчеркивает превосходную долгосрочную совместимость массивов УНТ.

Результаты открывают возможности для использования в зрительных протезах, особенно для пациентов с дегенерацией сетчатки или повреждением зрительного нерва. Кроме того, технология также может быть расширена до кортикальных имплантатов для интерфейсов «мозг-машина» и инструментов для изучения зрительной обработки в нейробиологии.

«Усовершенствование этой технологии для чтения зрительного внимания может открыть новые возможности в мозговой коммуникации, ретинальных протезах (бионический глаз) и иммерсивных AR/VR-впечатлениях», — подчеркивает доктор Ок.

В долгосрочной перспективе исследователи планируют масштабировать массивы до субклеточных размеров для записи мозговых сигналов с более высоким разрешением. Эти достижения могут вдохновить на создание устройств биоэлектроники следующего поколения, помогающих восстановить или улучшить зрение с помощью прямой связи с мозгом.

Больше информации: Hyeonhee Roh et al, Polymer‐Incorporated Mechanically Compliant Carbon Nanotube Microelectrode Arrays for Multichannel Neural Signal Recording, Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202509630

Источник: Seoul National University of Science and Technology