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MIT stampa in 3D impianti neurali morbidi e conduttivi

Un team di ingegneri del MIT che sta sviluppando impianti neurali flessibili ha trovato il modo di stampare sonde neurali in 3D e dispositivi elettronici di qualità gommosa e morbida. I dispositivi innovativi, realizzati con un polimero elettricamente conduttivo, potrebbero offrire un’alternativa più sicura agli impianti cerebrali convenzionali e agli elettrodi a base di metallo, che possono causare infiammazione e accumulo di tessuto cicatriziale.

Protetto dal cranio duro, il cervello umano è un organo morbido e fragile. Nonostante ciò, i metalli e altri materiali duri sono ancora convenzionalmente utilizzati per le protesi cerebrali, il che può portare a una serie di problemi. Per superare i problemi associati agli impianti cerebrali duri, un team guidato da Xuanhe Zhao, professore di ingegneria meccanica e ingegneria civile e ambientale del MIT, ha studiato il potenziale degli impianti neurali morbidi e flessibili, che possono conformarsi al cervello senza infiammare o aggravare il tessuto.

Il team ha recentemente compiuto un significativo progresso nella sua ricerca sviluppando un modo per stampare sonde neurali in 3D e altri dispositivi elettronici utilizzando un polimero morbido con proprietà conduttive. Il materiale, che originariamente aveva una consistenza simile al liquido, è stato reso più viscoso in modo da poter essere estruso utilizzando una stampante 3D convenzionale per creare modelli stabili e conduttivi.

Il polimero stampabile è stato adattato da soluzioni polimeriche liquide che sono tipicamente spruzzate su touchscreen e altri dispositivi come rivestimento antistatico. Il materiale in questione, PEDOT: PSS, ha dovuto essere reso più spesso per poter essere formato in un modello 3D. Per ottenere un polimero conduttivo più viscoso, il team ha liofilizzato il materiale liquido, rimuovendolo per ottenere una matrice secca di nanofibre conduttive. Queste fragili nanofibre sono state quindi miscelate con un idrogel fatto di acqua e un solvente organico.

Matrici multi-elettrodi morbide stampate in 3D che possono monitorare l’attività dei singoli neuroni (Foto: MIT)

Dopo aver testato diversi rapporti di concentrazione di idrogel e nanofibre, il team ha scoperto che un intervallo tra il 5-8% in peso di nanofibre ha prodotto un materiale simile al dentifricio che era sia stampabile che elettricamente conduttivo. “Inizialmente, è come acqua saponata”, ha detto Zhao. “Condensiamo le nanofibre e le rendiamo viscose come il dentifricio, in modo da poterle spremere come un liquido denso e stampabile”.

Per dimostrare la tecnica, il team ha stampato in 3D una serie di dispositivi elettronici morbidi, tra cui un elettrodo gommoso, che è stato impiantato nel cervello di un topo. La sonda neurale è stata in grado di monitorare l’attività di un singolo neurone mentre l’animale correva. “Tradizionalmente, gli elettrodi sono fili metallici rigidi e, una volta che ci sono vibrazioni, questi elettrodi metallici potrebbero danneggiare i tessuti”, ha aggiunto Zhao. “Abbiamo dimostrato ora che è possibile inserire una sonda in gel anziché un ago”.

Gli impianti neurali flessibili potrebbero effettivamente fornire agli scienziati un quadro ad alta risoluzione dell’attività del cervello, perché è costituito da un materiale a base d’acqua che gli ioni (il tipo di segnale elettrico che il cervello produce) possono attraversare. Con gli impianti metallici, al contrario, gli ioni devono essere convertiti in elettroni per essere letti, il che può causare la perdita di alcuni segnali.

Gli impianti neurali stampati in 3D potrebbero infine aiutare nello sviluppo di terapie personalizzate per i pazienti con disturbi neurologici. I dispositivi stampati in 3D hanno anche il potenziale per essere utilizzati come impianti cerebrali a lungo termine.

“Speriamo, dimostrando questo concetto, che le persone possano utilizzare questa tecnologia per creare diversi dispositivi rapidamente”, ha spiegato Hyunwoo Yuk, uno studente laureato nel gruppo di Zhao. “Possono modificare il design, eseguire il codice di stampa e generare un nuovo design in 30 minuti. Spero che ciò razionalizzi lo sviluppo di interfacce neurali, interamente realizzate con materiali morbidi”.

Andrea Gambini

Mi piace leggere e scrivere da sempre. Ho iniziato a lavorare in redazione come giornalista sportivo nel 2008, poi la passione per il giornalismo e per il mondo della comunicazione in generale, mi ha permesso di ampliare notevolmente i miei interessi, arrivando negli anni a collaborare con le più svariate testate giornalistiche online. Mi sono poi avvicinato alla stampa 3D, colpito dalle grandissime potenzialità di questa nuova tecnologia, che giorno dopo giorno mi hanno spinto a informarmi sempre più su quella che considero una vera rivoluzione che si farà presto sentire in tantissimi campi della nostra vita quotidiana.

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