Inżynierowie z Northwestern University dokonali przełomu w dziedzinie bioelektroniki. Zespół badawczy opracował elastyczne i tanie urządzenia, które potrafią komunikować się z żywymi komórkami nerwowymi. Wykorzystując zaawansowany druk 3D, naukowcy stworzyli struktury generujące sygnały elektryczne zdolne do aktywacji naturalnych obwodów neuronowych.
Od dekad fundamentem cyfrowego świata są sztywne, krzemowe chipy, na których upakowano miliardy identycznych tranzystorów. To architektura potężna, ale jednocześnie niezwykle ograniczona i, powiedzmy sobie szczerze, nudna. Po wyprodukowaniu jest stała i niezmienna. Mózg, dla kontrastu, to arcydzieło elastyczności: trójwymiarowa, dynamiczna i niezwykle zróżnicowana sieć, która nieustannie się adaptuje. Próba naśladowania jej za pomocą krzemu przypomina budowanie modelu z klocków LEGO, podczas gdy oryginał jest z żywej, plastycznej materii.
Inżynierowie z Northwestern, pod kierownictwem Marka C. Hersama, postanowili porzucić krzem na rzecz czegoś bardziej finezyjnego. Użyli techniki druku 3D znanej jako natrysk aerozolowy (aerosol jet printing), by nanieść na elastyczne podłoże polimerowe specjalne tusze. Te elektroniczne atramenty to mieszanina nanodrobin półprzewodnikowego dwusiarczku molibdenu oraz przewodzącego prąd grafenu. Kluczem do sukcesu okazał się jednak nie sam skład, a pewne celowe niedopatrzenie. Zamiast całkowicie usunąć polimer stabilizujący tusz, badacze zostawili jego część. Kiedy przez tak wydrukowane urządzenie przepływa prąd, resztki polimeru zaczynają się rozkładać, ale w sposób niejednorodny. Prowadzi to do powstania bardzo wąskiej, przewodzącej ścieżki, przez którą skupia się cały prąd. Ten prosty trik sprawił, że pojedyncze sztuczne neurony mogą generować złożone sygnały, od pojedynczych impulsów po całe ich serie, naśladując bogactwo komunikacji prawdziwych komórek nerwowych.
Oczywiście, wydrukować coś, co generuje ładne sygnały na oscyloskopie, to jedno. Sprawić, by biologiczny system uznał je za swoje, to zupełnie inna liga. I tu właśnie nastąpił przełom. Zespół podłączył swoje wydruki do skrawków tkanki pobranej z móżdżku myszy. Wynik? Żywe neurony zareagowały na sztuczne impulsy tak, jakby pochodziły od ich naturalnego sąsiada. Sygnały miały nie tylko odpowiednią częstotliwość, ale też właściwy kształt, co okazało się kluczowe dla nawiązania tej niezwykłej komunikacji. To dowód, że udało się stworzyć sygnały na tyle realistyczne, by oszukać prawdziwy obwód neuronalny.
Znaczenie tego odkrycia wykracza daleko poza akademickie laboratoria. To krok w stronę nowej generacji komputerów, których architektura będzie bardziej przypominać elastyczną sieć mózgu niż sztywną siatkę tranzystorów. Co ważniejsze, otwiera to drzwi do zaawansowanej medycyny bioelektronicznej, gdzie elastyczne implanty wydrukowane w 3D mogłyby wchodzić w bezpośrednią interakcję z naszym układem nerwowym, mówiąc jego własnym językiem. Wygląda na to, że era krzemu, choć wciąż trwa w najlepsze, może wkrótce zyskać elastycznego, wydrukowanego w 3D konkurenta.
Źródło: Northwestern University
