Este pequeno chip contém um eletrodo 2-D com uma forma que pode estimular melhor pequenos alvos no corpo ao longo do tempo. Crédito:imagem da Purdue University / Kayla Wiles
Uma forma cruzada ajuda os eletrodos de dispositivos de neuroestimulação implantáveis a fornecer mais carga a áreas específicas do sistema nervoso, possivelmente prolongando a vida útil do dispositivo, diz pesquisa publicada em março em Relatórios Científicos .
A forma, chamado de "fractal, "seria particularmente útil para estimular áreas menores, como estruturas cerebrais profundas ou a retina, uma vez que maximiza o perímetro dentro de uma área de superfície menor - fornecendo a resolução mais alta necessária para restaurar as funções corporais e potencialmente permitindo que os dispositivos de neuroestimulação durem mais no corpo sem uma recarga.
"Existem desafios com a redução do tamanho desses eletrodos, "disse Hyowon" Hugh "Lee, professor assistente de engenharia biomédica. "Se você encolher muito pequeno, então você não pode injetar energia suficiente para ativar o substrato subjacente. "
A indústria atualmente produz eletrodos circulares ou retangulares para dispositivos de neuroestimulação. "Não há realmente nenhuma razão para manter essas formas além do fato de que torna mais fácil para as técnicas de fabricação convencionais facilitar, "Disse Lee." Mas a microfabricação permite o processamento em lote ou uma fabricação rolo a rolo ainda mais escalável, no qual temos a liberdade de design para criar qualquer tipo de design de eletrodo com alta resolução para melhorar sua funcionalidade. "
A forma do eletrodo fractal, como visto sob um microscópio, supera as formas convencionais de eletrodos circulares ou retangulares. Crédito:imagem da Purdue University / Kayla Wiles
O laboratório de Lee experimentou outras formas que poderiam injetar carga melhor com as limitações de tamanho do eletrodo. A forma fractal superou as formas convencionais e a "serpentina, "ou em forma de cobra, embora tenha uma proporção de perímetro para área de superfície semelhante ao fractal. Isso pode ser porque os padrões de repetição do desenho do fractal facilitam melhor a difusão contínua de espécies de transferência de carga, ou reagentes, para a superfície do eletrodo de platina.
"Quando você tem muito mais difusão de espécies para a superfície, permite uma transferência de carga Faradaica mais rápida da superfície do eletrodo, "Disse Lee. A carga então atinge um limite nos neurônios para desencadear um potencial de ação, ou sinal eletroquímico, para estimular um alvo.
Como os designs dos fractais também apresentam impedância mais baixa do que os eletrodos convencionais, eles poderiam permitir que mais carga fosse injetada na superfície do eletrodo ao longo do tempo e estender a vida útil dos dispositivos de neuroestimulação. “Se você tem menos carga, o que significa que leva menos energia para obter o mesmo efeito, então, a vida da bateria fixa dos dispositivos de estimulação implantáveis será melhorada, "Lee disse.
O próximo passo é testar a robustez e longevidade dos eletrodos projetados fractal em comparação com as formas convencionais. O laboratório de Lee também está estudando o uso do desenho fractal para melhorar a sensibilidade em dispositivos como biossensores. "O objetivo seria um melhor controle da estimulação sobre as áreas-alvo e uma terapia mais precisa, "Lee disse.
