Pracując nad umieszczaniem elektrod na miękkich materiałach, inżynierowie z Uniwersytetu Technicznego (TUM) w Monachium nanieśli macierze mikroelektrod na różne miękkie podłoża, m.in. na misie Haribo.

Mikroelektrody można wykorzystać do bezpośrednich pomiarów sygnałów elektrycznych w mózgu czy sercu. By się to jednak udało, należy używać miękkich materiałów. Niestety, przytwierdzenie elektrod do takich materiałów za pomocą istniejących metod napotyka na parę problemów.

Ostatnio jednak zespół z TUM i Forschungszentrum Jülich zdołał zrobić nadruk na misiu-żelce. Co ważne, prof. Bernhard Wolfrum i inni nie wydrukowali logo czy obrazu, ale macierze mikroelektrodowe, a takie komponenty mogą wykrywać zmiany napięcia wynikające z aktywności neuronów czy komórek mięśniowych.

Choć macierze mikroelektrodowe są znane już od jakiegoś czasu, dotąd produkowano je z twardych materiałów, np. silikonu. W przypadku kontaktu z żywymi komórkami ma to, niestety, kilka minusów. W laboratorium twardość wpływa np. na kształt i organizację komórek. W organizmie twarde materiały mogą zaś uruchamiać stan zapalny lub negatywnie wpływać na funkcjonowanie narządu.

Dotychczasowe próby umieszczania elektrod na miękkich materiałach bazowały na tradycyjnych metodach, a te są czasochłonne i wymagają dostępu do drogich wyspecjalizowanych laboratoriów. Jeśli zamiast tego wydrukuje się elektrody, prototyp da się uzyskać szybko i tanio. Nie ma też problemów z przeprojektowaniem – opowiada Wolfrum.

Ekipa Wolfruma pracuje z nowoczesnymi drukarkami atramentowymi. Elektrody są drukowane za pomocą tuszu węglowego. By zapobiec wychwytywaniu sygnałów pobocznych, Niemcy dodają jeszcze neutralną warstwę ochronną.

Proces testowano na paru różnych podłożach, w tym na poli(dimetylosiloksanie), PDMS, agarozie i na różnych postaciach żelatyny (stąd misie Haribo, które najpierw topiono, a potem pozostawiano do ponownego stwardnienia). Jak podkreślają autorzy publikacji z pisma npj Flexible Electronics, każdy z tych materiałów ma pewne pożądane właściwości, np. pokryte żelatyną implanty zmniejszają niechciane reakcje w żywej tkance.

Dzięki eksperymentom na hodowlach komórkowych Niemcy potwierdzili, że czujniki zapewniają miarodajne pomiary. Z przeciętną średnicą rzędu 30 mikrometrów pozwalają także na pomiary dot. pojedynczych bądź kilku komórek.

Problemem jest precyzyjne dostrojenie wszystkich komponentów – zarówno technicznych ustawień drukarki, jak i składu tuszu. W przypadku PDMS musieliśmy np. zastosować wstępną obróbkę, dzięki której tusz przywierał do powierzchni – wyjaśnia Nouran Adly.