Uma equipe KAIST apresentou um método de estimulação neural altamente personalizável. A equipe de pesquisa desenvolveu uma tecnologia que pode imprimir o padrão de calor em uma escala de mícrons para permitir o controle das atividades biológicas remotamente. Os pesquisadores integraram uma tecnologia de impressão a jato de tinta de precisão com nanopartículas termoplasmônicas biofuncionais para obter um método de estimulação neural nano-fototérmica seletiva. A equipe de pesquisa do Professor Yoonkey Nam, do Departamento de Engenharia Bio e Cerebral, espera que isso sirva como uma tecnologia capacitadora para terapia de neuromodulação de precisão personalizada para pacientes com distúrbios neurológicos.

O método de estimulação neural nano-fototérmica usa o efeito termo-plasmônico de nanopartículas metálicas para modular as atividades das redes neuronais. Com o efeito termoplasmônico, nanopartículas de metal podem absorver comprimento de onda específico da luz iluminada para gerar calor localizado de forma eficiente. A equipe de pesquisa descobriu o comportamento inibitório das atividades espontâneas dos neurônios após a estimulação fototérmica há quatro anos. Desde então, eles desenvolveram esta tecnologia para controlar comportamentos hiperativos de neurônios e circuitos neurais, que é freqüentemente encontrada em distúrbios neurológicos, como epilepsia.

A fim de superar a limitação da seletividade espacial e resolução do método nano-fototérmico desenvolvido anteriormente, a equipe adotou uma tecnologia de impressão a jato de tinta para micro padronizar as nanopartículas plasmônicas (algumas dezenas de mícrons), e demonstrou com sucesso que a estimulação nano-fototérmica pode ser aplicada seletivamente de acordo com os padrões impressos.

Os pesquisadores aplicaram um método de revestimento de camada por camada de polieletrólito para imprimir substratos de forma a melhorar a fidelidade do padrão e alcançar a montagem uniforme de nanopartículas. A atração eletrostática entre as nanopartículas impressas e o substrato de impressão revestido também ajudou na estabilidade das nanopartículas anexadas. Como o revestimento de polieletrólito é biocompatível, experimentos biológicos incluindo cultura de células são possíveis com a tecnologia desenvolvida neste trabalho.

Usando partículas de nanobastões de ouro impressas com resolução de algumas dezenas de mícrons em uma área de vários centímetros, os pesquisadores mostraram que padrões de calor altamente complexos podem ser formados com precisão na iluminação de luz de acordo com a imagem impressa.

Por último, a equipe confirmou que os padrões de calor impressos podem inibir seletivamente e instantaneamente as atividades de neurônios do hipocampo em cultura após iluminação de luz infravermelha. Como o processo de impressão é aplicável a substratos finos e flexíveis, a tecnologia pode ser facilmente aplicada a dispositivos implantáveis ​​de tratamento de distúrbios neurológicos e dispositivos vestíveis. Ao aplicar seletivamente os padrões de calor apenas às áreas celulares desejadas, terapia de neuromodulação fototérmica personalizada e personalizada pode ser aplicada aos pacientes.

"O fato de qualquer padrão de calor desejado poder ser simplesmente 'impresso' em qualquer lugar amplia a aplicabilidade desta tecnologia em muitos campos da engenharia. Na bioengenharia, pode ser aplicado a interfaces neurais usando luz e calor para modular funções fisiológicas. Como outra aplicação de engenharia, por exemplo, padrões de calor impressos podem ser usados ​​como um novo conceito de aplicações anti-falsificação, "disse o investigador principal, Yoonkey Nam em KAIST.