Nanotecnologia, nanotubo de carbono

As fibras de nanotubo de carbono inventadas na Rice University podem fornecer a melhor maneira de se comunicar diretamente com o cérebro.

As fibras provaram ser superiores aos eletrodos de metal para a estimulação profunda do cérebro e ler os sinais de uma rede neuronal. Porque eles fornecem uma conexão bidirecional, eles mostram a promessa para o tratamento de pacientes com doenças neurológicas enquanto monitora a resposta em tempo real dos circuitos neurais nas áreas que controlam o movimento, o humor e as funções corporais.

Novas experiências na Rice University demonstraram que as fibras biocompatíveis são candidatos ideais para eletrodos pequenos, seguros que interagem com o sistema neuronal do cérebro, de acordo com os pesquisadores. Podem substituir eletrodos muito maiores atualmente usados em dispositivos para terapias de estimulação profunda do cérebro em pacientes da doença de Parkinson.

Eles também podem avançar tecnologias para restaurar funções sensoriais ou motor e interfaces cérebro-máquina, bem como terapias de estimulação profunda do cérebro para outras doenças neurológicas, incluindo distonia e depressão, os pesquisadores escreveu.




O papel apareceu online esta semana no jornal da American Chemical Society, ACS Nano.

As fibras criadas pelo laboratório de químico e engenheiro químico Matteo Pasquali arroz consistem em feixes de nanotubos longos originalmente planejados para aplicações aeroespaciais onde força, peso e condutividade são primordiais.

Os nanotubos individuais medem apenas alguns nanômetros do outro lado, mas quando milhões são empacotados em um processo chamado de fiação úmida, eles se tornam segmento-como fibras, cerca de um quarto da largura de um cabelo humano.
Assista a um vídeo sobre a criação de fibras de nanotubo.

"Desenvolvemos estas fibras como materiais de alta resistência, alta condutividade," disse Pasquali. "Ainda, uma vez que mandamos na nossa mão, percebemos que eles tinham uma propriedade inesperada: eles são muito moles, muito parecido com um fio de seda. Sua combinação única de força, condutividade e suavidade torna ideais para fazer interface com a função elétrica do corpo humano."

A chegada simultânea em 2012 de Caleb Kemere, um professor assistente de Rice University que trouxe conhecimentos em modelos animais de doença de Parkinson e principal autor Flavia Vitale, um cientista de pesquisa no laboratório do Pasquali com graus em química e Engenharia Biomédica, solicitado a investigação.

"O cérebro é, basicamente, a consistência de pudim e não interage bem com eletrodos de metal duros", disse Kemere. "O sonho é ter eletrodos com a mesma consistência, e é por isso que nós estamos realmente animado sobre estas fibras de nanotubo de carbono flexível e sua biocompatibilidade a longo prazo."

Testes semanas de duração em células e em seguida em ratos com sintomas de Parkinson mostrou que as fibras são estáveis e tão eficiente quanto comerciais eléctrodos de platina em apenas uma fração do tamanho. As fibras macias causaram pequena inflamação, que ajudou a manter fortes ligações eléctricas para neurônios, impedindo que as defesas do organismo de cicatrizes e encapsulando o local da lesão.

As fibras de nanotubo de carbono altamente condutor também mostram impedância muito mais favorável - a qualidade da conexão elétrica — do que eletrodos de metal estado-da-arte, tornando-se para melhor contato com tensões mais baixas durante longos períodos, disse Kemere.

O trabalho final da fibra é a ponta exposta, que é sobre a largura de um neurônio. O resto é recoberto com uma camada de 3 microns de um polímero flexível, biocompatível, com excelentes propriedades de isolamento.
As fibras de nanotubo de carbono fazem ligações superiores para o cérebro
Flavia Vitale, um investigador postdoctoral na Rice University, prepara o carbono fibras de nanotubo para testes. Vitale é autor de um novo estudo que determinou as segmento-como fibras feitas de milhões de nanotubos de carbono podem ser adequadas como eletrodos para... mais

O desafio está em colocar as pontas. "Isso é apenas uma questão de ter um atlas do cérebro e durante o experimento, ajustando os eletrodos muito delicadamente e colocá-los no lugar certo," disse Kemere, cujo laboratório estuda maneiras de se conectar a sistemas de processamento de sinal e centros cognitivos e memória do cérebro.

Médicos que implante de dispositivos de estimulação cerebral profunda começarcom com uma sonda de gravação capaz de "ouvir os neurônios emitem sinais característicos, dependendo de suas funções", disse Kemere. Uma vez um cirurgião encontra o ponto certo, a sonda é removida e o eletrodo de estimulação delicadamente inserido. Fibras de nanotubo de carbono de Rice University que enviam e recebem sinais iria simplificar a implantação, disse Vitale.

As fibras podem levar a auto-regulação dispositivos terapêuticos para a doença de Parkinson e outros pacientes. Dispositivos atuais incluem um implante que envia sinais elétricos para o cérebro para acalmar os tremores que afligem os pacientes de Parkinson.

"Mas nossa tecnologia permite que a capacidade de gravar enquanto estimula", disse Vitale. "Eletrodos atuais só podem estimular o tecido. Eles são muito grandes para detectar qualquer atividade de cravação, basicamente que os dispositivos clínicos enviar pulsos contínuos, independentemente da resposta do cérebro".

English »Article Carbon nanotube fibers make superior links to brain»[PHYS]