Pesquisadores da Rice University inventaram um dispositivo que usa fluidos que se movem rapidamente para inserir fibras de nanotubos de carbono condutivas para o cérebro, onde eles podem ajudar a registrar as ações dos neurônios.

A técnica baseada em microfluídica da equipe do Rice promete melhorar as terapias que dependem de eletrodos para detectar sinais neuronais e desencadear ações em pacientes com epilepsia e outras condições.

Eventualmente, os pesquisadores disseram, eletrodos baseados em nanotubos podem ajudar os cientistas a descobrir os mecanismos por trás dos processos cognitivos e criar interfaces diretas com o cérebro que permitirão aos pacientes ver, para ouvir ou controlar membros artificiais.

O dispositivo usa a força aplicada por fluidos de movimento rápido que avançam suavemente as fibras flexíveis isoladas no tecido cerebral sem empenar. Este método de entrega pode substituir ônibus rígidos ou rígidos, invólucros biodegradáveis ​​usados ​​agora para fornecer fios ao cérebro. Ambos podem danificar tecidos sensíveis ao longo do caminho.

A tecnologia é o assunto de um artigo na revista American Chemical Society Nano Letras .

Experimentos de laboratório e in vivo mostraram como os dispositivos microfluídicos forçam um fluido viscoso a fluir em torno de um eletrodo de fibra fina. O fluido de movimento rápido puxa lentamente a fibra para frente através de uma pequena abertura que leva ao tecido. Uma vez que atravessa o tecido, testes mostraram o fio, embora altamente flexível, permanece reto.

"O eletrodo é como um macarrão cozido que você está tentando colocar em uma tigela de gelatina, "disse o engenheiro da Rice, Jacob Robinson, um dos três líderes de projeto. "Por si próprio, não funciona. Mas se você colocar esse macarrão em água corrente, a água puxa o macarrão em linha reta. "

O fio se move lentamente em relação à velocidade do fluido. "O importante é que não estamos empurrando a extremidade do fio ou em um local individual, "disse o co-autor Caleb Kemere, um engenheiro elétrico e de computação de Rice que se especializou em neurociência. "Estamos puxando toda a seção transversal do eletrodo e a força é completamente distribuída."

"É mais fácil puxar coisas que são flexíveis do que empurrá-las, "Robinson disse.

"É por isso que os trens são puxados, não empurrado, "disse o químico Matteo Pasquali, um co-autor. "É por isso que você quer colocar a carroça atrás dos bois."

A fibra se move através de uma abertura cerca de três vezes seu tamanho, mas ainda é pequena o suficiente para deixar passar muito pouco do fluido. Robinson disse que nenhum fluido segue o fio para o tecido cerebral (ou, em experimentos, o gel de agarose que serviu como substituto do cérebro).

Há uma pequena lacuna entre o dispositivo e o tecido, Disse Robinson. O pequeno comprimento de fibra na lacuna permanece no curso como um bigode que permanece rígido antes de se transformar em um fio de cabelo. "Usamos isso muito curto, comprimento sem suporte para nos permitir penetrar no cérebro e usar o fluxo de fluido na extremidade posterior para manter o eletrodo rígido enquanto o movemos para dentro do tecido, " ele disse.

"Uma vez que o fio está no tecido, está em uma matriz elástica, apoiado em todo o material de gel, "disse Pasquali, um pioneiro da fibra de nanotubo de carbono cujo laboratório fez uma fibra personalizada para o projeto. "É apoiado lateralmente, então o fio não pode dobrar facilmente. "

As fibras de nanotubos de carbono conduzem elétrons em todas as direções, mas para se comunicar com os neurônios, eles podem ser condutores apenas na ponta, Kemere disse. "Consideramos o isolamento garantido. Mas revestir um fio de nanotubo com algo que manterá sua integridade e bloqueará a entrada de íons pelas laterais não é trivial, " ele disse.

Sushma Sri Pamulapati, um estudante de graduação no laboratório de Pasquali, desenvolveu um método para revestir uma fibra de nanotubo de carbono e ainda mantê-la entre 15 a 30 mícrons de largura, bem abaixo da largura de um cabelo humano. "Assim que soubemos o tamanho da fibra, nós fabricamos o dispositivo para combiná-lo, "Robinson disse." Acontece que poderíamos fazer o canal de saída duas ou três vezes o diâmetro do eletrodo sem que muito fluido passasse. "

Os pesquisadores disseram que sua tecnologia pode eventualmente ser dimensionada para fornecer ao cérebro de uma vez vários microeletrodos compactados; isso tornaria mais seguro e fácil incorporar implantes. "Porque estamos criando menos danos durante o processo de implantação, podemos ser capazes de colocar mais eletrodos em uma determinada região do que com outras abordagens, "Robinson disse.