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Captura de señales cerebrales con dispositivos electrónicos

Universidad de Linköping

Klas Tybrandt, investigador principal del Laboratorio de Electrónica Orgánica de la Universidad de Linköping (LiU) ha desarrollado una nueva tecnología para el registro neuronal de manera estable y a largo plazo. Se basa en un novedoso compuesto de material elástico, que es biocompatible y conserva una alta conductividad eléctrica incluso cuando se estira dos veces su longitud original.

El resultado se ha logrado en colaboración con colegas en Zürich y Nueva York. El avance es crucial para muchas aplicaciones en ingeniería biomédica, como se describe en un artículo publicado en la revista Advanced Materials.

El acoplamiento entre componentes electrónicos y células nerviosas es crucial no solo para recopilar información acerca de la señalización celular, sino también para diagnosticar y tratar trastornos y enfermedades neurológicas, como la epilepsia.

Es muy difícil lograr conexiones estables a largo plazo que no dañan las neuronas o los tejidos, ya que los dos sistemas, el tejido blando y elástico del cuerpo y los componentes electrónicos duros y rígidos, tienen propiedades mecánicas completamente diferentes.

«Como el tejido humano es elástico y móvil, el daño y la inflamación surgen en la región de unión con los componentes electrónicos rígidos. No solo causa daño al tejido, sino que también atenúa las señales neuronales», dice Klas Tybrandt, líder del grupo Soft Electronics en el Laboratorio de Electrónica orgánica de LiU, Campus Norrköping.

Klas Tybrandt ha desarrollado un nuevo material conductivo que consiste de nanocables de dióxido de titanio recubiertos de oro, integrados en caucho de silicona. El material biocompatible, puede estar en contacto con el cuerpo sin efectos adversos, y su conductividad se mantiene estable a lo largo del tiempo.

«La microfabricación de compuestos blandos eléctricamente conductivos implica varios desafíos. Hemos desarrollado un proceso para fabricar electrodos pequeños que también conserva la biocompatibilidad de los materiales. El proceso utiliza muy poco material, y esto significa que podemos trabajar con un material relativamente costoso como como oro, sin que el costo se vuelva prohibitivo «, dice Klas Tybrandt.

Los electrodos tienen un tamaño de 50 μm y se encuentran a una distancia de 200 μm entre sí. El procedimiento de fabricación permite colocar 32 electrodos en una superficie muy pequeña. La sonda final, que se observa abajo, tiene un ancho de 3,2 mm y un grosor de 80 μm.

Electrodo suave, se estiró dos veces su longitus normal. Foto: LiU
Electrodo suave, se estiró dos veces su longitud normal. Foto: LiU

«Cuando las neuronas en el cerebro transmiten señales, se crea cierto voltaje, éste es detectado y transmitido por los electrodos hacia adelante a través de un pequeño amplificador. También podemos ver de qué electrodos provienen las señales, lo que significa que podemos estimar la ubicación en el cerebro donde las señales son originadas. Este tipo de información espacio-temporal es importante para futuras aplicaciones. Esperamos poder ver, por ejemplo, dónde comienza la señal que causa un ataque epiléptico, un requisito previo para tratarla. Otra área de aplicación son las interfaces cerebro-máquina , por el cual la tecnología y las prótesis futuras pueden controlarse con la ayuda de señales neuronales. También hay muchas aplicaciones interesantes que involucran el sistema nervioso periférico en el cuerpo y la forma en que regula varios órganos «, dice Klas Tybrandt.

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