Một nghiên cứu đột phá trình bày một công nghệ thần kinh cải tiến dựa trên graphene do ICN2 và các đối tác phát triển, có tiềm năng mang lại những tiến bộ lớn trong khoa học thần kinh và các ứng dụng trị liệu. (Ý tưởng của nghệ sĩ.) Nhà cung cấp hình ảnh: SciTechDaily.com

Lãnh đạo Graphene Công nghệ thần kinh do ICN2 và các cộng tác viên của nó phát triển hứa hẹn những tiến bộ mang tính biến đổi trong các ứng dụng y tế và khoa học thần kinh, thể hiện các giao diện thần kinh có độ chính xác cao và điều chế thần kinh có mục tiêu.

Nghiên cứu được công bố tại Công nghệ nano thiên nhiên Trình bày một công nghệ thần kinh dựa trên graphene cải tiến với tiềm năng có tác động biến đổi trong các ứng dụng khoa học thần kinh và y tế. Nghiên cứu này, do Viện Khoa học và Công nghệ nano Catalan (ICN2) dẫn đầu, phối hợp với Đại học tự trị Barcelona (UAB) và các đối tác trong nước và quốc tế khác, hiện đang được phát triển cho các ứng dụng trị liệu thông qua công ty phụ INBRAIN Neuroelectronics.

Đặc điểm chính của công nghệ graphene

Sau nhiều năm nghiên cứu trong khuôn khổ Dự án Tiên phong Graphene Châu Âu, ICN2 phối hợp với Đại học Manchester đã dẫn đầu sự phát triển của EGNITE (Graphene được thiết kế cho các giao diện thần kinh), một loại vật liệu cấy ghép dựa trên graphene linh hoạt, có độ phân giải cao mới. công nghệ thần kinh. . Kết quả được công bố gần đây trên Công nghệ thần kinh tự nhiên Nó nhằm mục đích đóng góp các công nghệ tiên tiến cho bối cảnh phát triển mạnh mẽ của điện tử thần kinh và giao diện não-máy tính.

EGNITE dựa vào kinh nghiệm sâu rộng của các nhà phát minh trong việc sản xuất và dịch thuật y tế vật liệu nano carbon. Công nghệ dựa trên lỗ nano graphene cải tiến này tích hợp các quy trình sản xuất tiêu chuẩn trong ngành bán dẫn để lắp ráp các vi điện cực graphene có đường kính chỉ 25 micromet. Các vi điện cực graphene thể hiện điện trở thấp và khả năng phun điện tích cao, đây là những tính năng cần thiết cho giao diện thần kinh linh hoạt và hiệu quả.

Xác nhận chức năng tiền lâm sàng

Các nghiên cứu tiền lâm sàng được thực hiện bởi nhiều chuyên gia khoa học thần kinh và y sinh hợp tác với ICN2, sử dụng các mô hình khác nhau của cả hệ thần kinh trung ương và ngoại biên, đã chứng minh khả năng của EGNITE ghi lại các tín hiệu thần kinh có độ phân giải cao với độ rõ và độ chính xác đặc biệt và quan trọng nhất là cung cấp một mức độ nhắm mục tiêu cao. . Sửa đổi thần kinh. Sự kết hợp độc đáo giữa ghi tín hiệu có độ phân giải cao và kích thích thần kinh chính xác được cung cấp bởi công nghệ EGNITE thể hiện một tiến bộ quan trọng trong liệu pháp trị liệu điện tử thần kinh.

Cách tiếp cận sáng tạo này giải quyết một lỗ hổng quan trọng trong công nghệ thần kinh, vốn chưa đạt được những tiến bộ đáng kể về vật liệu trong hai thập kỷ qua. Sự phát triển của điện cực EGNITE có tiềm năng đưa graphene lên hàng đầu trong các vật liệu công nghệ thần kinh.

Hợp tác quốc tế và lãnh đạo khoa học

Công nghệ được trình bày hôm nay được xây dựng dựa trên di sản của Graphene Flagship, một sáng kiến ​​của Châu Âu trong thập kỷ qua đã tìm cách tăng cường vai trò lãnh đạo chiến lược của Châu Âu trong các công nghệ dựa trên graphene và các vật liệu 2D khác. Đằng sau bước đột phá khoa học này là nỗ lực hợp tác do các nhà nghiên cứu ICN2 Damia Viana (hiện làm việc tại INBRAIN Neuroelectronics) và Steven T. Walston (hiện thuộc Đại học Nam California) và Eduard Masvidal Codina, dưới sự giám sát của José A. Garrido. Trưởng nhóm ICN2 Vật liệu và thiết bị điện tử tiên tiến Group và ICREA Costas Costarellos, lãnh đạo ICN2 Phòng thí nghiệm y học nano và Trường Sinh học, Y học và Sức khỏe thuộc Đại học Manchester (Vương quốc Anh). Xavier Navarro, Natàlia de la Oliva, Bruno Rodríguez-Meana và Jaume del Valle, từ Viện Khoa học thần kinh và Khoa Sinh học Tế bào, Sinh lý học và Miễn dịch học tại Đại học Tự trị Barcelona (UAB), đã tham gia nghiên cứu.

Sự hợp tác này bao gồm sự đóng góp của các tổ chức hàng đầu trong nước và quốc tế, như Viện Vi điện tử Barcelona – IMB-CNM (CSIC), Viện Graphene Quốc gia Manchester (Anh) và Viện Khoa học Thần kinh Grenoble – Đại học Grenoble Alpes (Pháp). ) và Đại học Barcelona. Việc tích hợp công nghệ này vào các quy trình sản xuất chất bán dẫn tiêu chuẩn được thực hiện trong Phòng sạch chế tạo vi mô và nano chuyên dụng (CSIC) của IMB-CNM, dưới sự giám sát của nhà nghiên cứu CIBER, Tiến sĩ Xavi Illa.

Dịch lâm sàng: các bước tiếp theo

Công nghệ EGNITE được mô tả trong Công nghệ nano thiên nhiên Bài báo đã được cấp bằng sáng chế và cấp phép cho INBRAIN Neuroelectronics, một công ty con của ICN2 và ICREA có trụ sở tại Barcelona, ​​với sự hỗ trợ của IMB-CNM (CSIC). Công ty, cũng là đối tác trong dự án Graphene Flagship, đang dẫn đầu việc đưa công nghệ này vào các ứng dụng và sản phẩm lâm sàng. Dưới sự chỉ đạo của Giám đốc điều hành Carolina Aguilar, INBRAIN Neuroelectronics đang chuẩn bị tiến hành các thử nghiệm lâm sàng đầu tiên trên người đối với công nghệ graphene cải tiến này.

Bối cảnh công nghiệp và đổi mới trong kỹ thuật bán dẫn ở Catalonia, nơi có kế hoạch xây dựng các chiến lược quốc gia đầy tham vọng nhằm xây dựng cơ sở vật chất hiện đại để sản xuất công nghệ bán dẫn dựa trên các vật liệu mới nổi, mang đến cơ hội chưa từng có để đẩy nhanh việc chuyển đổi các kết quả được trình bày hôm nay vào kết quả lâm sàng. Các ứng dụng.

Kết luận

các Công nghệ nano thiên nhiên Bài báo mô tả một công nghệ thần kinh cải tiến dựa trên graphene có thể mở rộng quy mô bằng cách sử dụng các quy trình sản xuất chất bán dẫn đã được thiết lập, có tiềm năng tạo ra tác động mang tính biến đổi. ICN2 và các đối tác tiếp tục phát triển và hoàn thiện công nghệ được mô tả với mục tiêu biến nó thành công nghệ thần kinh trị liệu hiệu quả và sáng tạo.

Tài liệu tham khảo: “Các vi điện cực màng mỏng dựa trên quy mô nano graphene để ghi và kích thích tế bào thần kinh có độ phân giải cao trong cơ thể” của Damia Viana và Stephen T. Walston, Edward Masvidal Codina, Xavi Illa, Bruno Rodriguez Miana, Jaume del Valle, Andrew Hayward, Abby Dodd, Tomas Loret, Elisabet Prats Alfonso, Natalia de la Oliva, Marie Palma, Elena del Coro, María del Pilar Pernicola, Elisa Rodriguez Lucas , Thomas Jenner, Jose Manuel De la Cruz, Miguel Torres Miranda, Fikret Taigun. Dauphin, Nicola Rea, Justin Sperling, Sara Marti Sanchez, Maria Chiara Spadaro, Clement Hibbert, Sinead Savage, Jordi Arbiol, Anton Guimera-Brunet, M. Victoria Puig, Blaise Everett, Xavier Navarro, Costas Costarelos và José A. Garrido, ngày 11 tháng 1 năm 2024, Công nghệ nano thiên nhiên.
doi: 10.1038/s41565-023-01570-5