Разработан наноматериал, который стимулирует и восстанавливает порванные нервы

Нейроинженеры из Университета Райса разработали крошечные частицы с магнитооптическими свойствами для стимулирования нервной ткани. Эффективность материала подтвердили в экспериментах на крысах. Технология позволит разработать инъецируемые частицы, которые заменят крупные нейроимплантаты.

Устройство представляет собой магнитоэлектрик: оно генерирует электричество под воздействием магнитного поля. Метаматериал состоит из двух слоев металлического стеклянного сплава Metglas, между которыми помещен пьезоэлектрический слой из титаната свинца-циркония.

Пьезоэлектрические материалы генерируют электричество под воздействием механических сил. Metglas — магнитострикционный материал, то есть он меняет форму под действием магнитного поля. В готовом устройстве изменение формы внешних слоев под действием магнитных импульсов заставляет пьезоэлектрический материал в центре генерировать электрический сигнал.

Магнитоэлектрики уже тестировали в неврологии. Например, исследование 2021 года показало, как магнитоэлектрические устройства передают сигналы по беспроводной сети, заменяя сигнальный путь поврежденных нейронов. Но сигналы магнитоэлектриков, как правило, слишком быстрые, чтобы человеческие нервы могли их уловить.

Чтобы решить эту проблему, исследователи увеличили магнитоэлектрическую пленку, добавив к ней оксид платины, гафния и оксид цинка. Несмотря на многослойное строение, толщина пленки составляла всего около 200 нм. Модификация позволила получить оптимальную частоту для точно рассчитанной нейронной стимуляции.

Готовый материал протестировали на крысах и обнаружили, что он стимулирует работу периферических нервов у грызунов под наркозом, а также восстанавливает функцию перерезанного седалищного нерва. Технология подойдет для разработок в области нейропротезирования и сенсорного управления в микроэлектронике.