استفاده از نانولوله‌کربنی برای طراحی چشم مصنوعی

پژوهشگران با استفاده از نانولوله‌های کربنی روی الکترودها، نشان دادند که می‌توان از این ساختار برای ایجاد چشم مصنوعی استفاده کرد.

کد خبر: ۱۰۰۵۸۹۳

شنبه - ۲۷ فروردين ۱۴۰۱ / April 16, 2022

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، پژوهشگران با استفاده از نانولوله‌های کربنی روی الکترودها، نشان دادند که می‌توان از این ساختار برای ایجاد چشم مصنوعی استفاده نمود.

محققان دانشگاه اورگن نورون‌های شبکیه جوندگان را روی یک الکترود با الگوی فراکتال رشد داده‌اند، الکترودی که به تقلید از ساختار انشعابی نورون‌های طبیعی شبیه است. این دستاورد یک گام به ساختن چشم بیونیک الهام گرفته از طبیعت نزدیک شده، که هدف دیرینه ریچارد تیلور، فیزیکدان دانشگاه اورگن است.

تیلور امیدوار است که روزی بتوان این الکترود‌های کوچک را در چشم کاشت تا بینایی را در افراد مبتلا به دژنراسیون ماکولا یا سایر اختلالات بینایی بازگرداند.

الکترود‌های با الگوی فراکتال و الهام گرفته شده از طبیعت ممکن است در تحقیقات کاشت مغزی فراتر از چشم بیونیک استفاده شود.

این کار جدید شواهد تجربی را ارائه می‌کند مبنی بر اینکه نورون‌ها، که خود فراکتال هستند، بهتر از الکترود‌هایی با شکل رایج، به الکترود‌هایی با الگوی فراکتالی متصل می‌شوند و امکان انتقال سیگنال بهتر را بین ایمپلنت و مغز فراهم می‌کنند.

نورون‌ها به طور طبیعی در یک الگوی فراکتال درخت مانند رشد می‌کنند که منجر به شاخه‌های ریزتر می‌شود. برای ارسال موفقیت‌آمیز سیگنال‌ها به مغز یا چشم، یک الکترود کاشته شده باید بتواند به شبکه‌ای از نورون‌های موجود متصل شود. بیشتر وسایل الکترونیکی به این شکل نیستند. آن‌ها برای استفاده در داخل ماشین‌ها طراحی شده‌اند، نه موجودات زنده. صبا مصلحی، محقق فوق دکتری در آزمایشگاه تیلور می‌گوید: «شما می‌خواهید نورون‌ها به هم متصل شوند تا تحریک شوند. این هدف نهایی در طراحی هر نوع الکترود است. هنگامی که دو شی دارای ویژگی‌های بسیار مشابه باشند، در مقایسه با اشیایی که ویژگی‌های کاملاً متفاوتی دارند، تمایل بیشتری به تعامل خواهند داشت.»

نورون‌ها ترجیح می‌دهند به نانولوله‌های طرح‌دار بچسبند، بنابراین محققان می‌توانند محل اتصال نورون‌ها به الکترود را با اصلاح نقشه نانولوله روی سطح آن کنترل کنند. مصلحی، همراه با دانشجویان دکترا، کانر رولند و جولیان اسمیت، از امکانات مرکز مواد پیشرفته دانشگاه اورگن برای ایجاد نانولوله‌های کربنی مبتنی بر سیلیکون استفاده کردند که در یک الگوی فراکتال به شکل یک حرف تکرارشونده H چیده شده‌اند. برای مقایسه، آن‌ها همچنین تراشه‌هایی با نانولوله‌هایی که در خطوط موازی چیده شده‌اند، ساختند، طرحی که می‌توان روی تراشه‌های الکترودی موجود در بازار مشاهده کرد.

این آزمایش نشان داد که نورون‌ها بیشتر به شاخه‌های فراکتال طرح‌دار متصل می‌شوند تا به شکاف‌های صاف بین شاخه‌ها. در این آزمایش گلیا، سلول‌های حمایت‌کننده مهم برای نورون‌ها، در شکاف‌های صاف قرار گرفته‌اند. نتایج نشان داد که طراحی فراکتال در دسته نورون‌ها و گلیا موثرترین طرح بود.

تیلور گفت: «نکته واقعاً هوشمندانه این است که ما موفق شده‌ایم سلول‌های گلیال را در شکاف‌ها قرار دهیم. گلیا سیستم حمایت از حیات نورون‌ها است و ما باید تعاملات مطلوبی با نورون‌ها و سلول‌های گلیال ایجاد کنیم.»

تیلور تاکید کرد که کار هنوز در مراحل اولیه است. اجرای آزمایشات روی حیوانات به آزمایش‌های ایمنی بیشتری نیاز دارد. اما در نهایت، محققان امیدوارند طراحی آن‌ها به یک وسیله واقعی تبدیل شود که می‌تواند به افرادی که بینایی خود را از دست داده‌اند، کمک کند.

مصلحی گفت: «من فکر می‌کنم این نتایج می‌تواند نه تنها به سیستمی که ما آزمایش کردیم، بلکه به کاشت در سایر قسمت‌های سیستم عصبی نیز کمک کند. امیدوارم شاهد حرکت محققان بیشتری به سمت استفاده از الکترود‌های فراکتال به جای الگو‌های تجاری باشم.»