05 mars 2018

Klas Tybrandt, forskningsledare vid Laboratoriet för organisk elektronik, har tagit fram en ny och stabil metod att mäta neurala signaler under lång tid. Tekniken är baserad på ett nytt elastiskt material som är biokompatibelt och som behåller hög elektrisk ledningsförmåga även när det töjs till sin dubbla längd.

Mjuk och töjbar elektrod i ett nytt material.Mjuk och töjbar elektrod i ett helt nytt material. Foto: Thor BalkhedDen nya materialtekniken är framtagen i ett samarbete med forskarkollegor i Zürich och New York och presenteras i en artikel i den ansedda vetenskapliga tidskriften Advanced Materials.

Kopplingen mellan elektronik och nervceller är av avgörande betydelse, såväl för att vi ska kunna samla in information om cellernas signalering som för att diagnosticera och behandla neurologiska störningar och sjukdomar, som exempelvis epilepsi.

Långvariga och stabila kopplingar som inte skadar nervceller eller vävnad är mycket svårt att åstadkomma eftersom de båda systemen, människans mjuka och elastiska vävnad respektive den hårda elektroniken, är så olika rent mekaniskt.Den mjuka elektroden i normalt och töjt lägeDen mjuka elektroden i normalt och töjt läge Foto: Thor Balkhed

– Eftersom mänsklig vävnad är elastisk och rör sig kommer det att uppstå skador och inflammationer i kontaktytan med den stela elektroniken. Förutom att det skadar vävnaden så dämpar det också ut nervsignalerna, säger Klas Tybrandt, forskningsledare för området Mjuk elektronik, vid Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet, Campus Norrköping.

Nytt töjbart material

Klas Tybrandt har nu tagit fram ett nytt elektriskt ledande material som är mjukt som mänsklig vävnad och som kan töjas till sin dubbla längd. Materialet består av tunna guldbelagda nanotrådar i titanoxid, inbäddade i silikongummi. Materialet är biokompatibelt - kan vara i kontakt med kroppen - och ledningsförmågan är stabil över tiden.

– Mikrofabrikation av mjuka elektriskt ledande kompositmaterial har många utmaningar. Vi har tagit fram en process för att tillverka de små elektroderna som samtidigt bevarar materialens biokompabilitet. Processen är också materialsnål, vilket gör att vi kan arbeta med ett relativt dyrt material som guld till en låg kostnad, säger Klas Tybrandt.
Elektroderna är 50 µm stora och placerade på ett avstånd av 200 µm från varandra. Vid tillverkningen får man plats med 32 elektroder på en mycket liten yta. Hela proben på bilden är 3,2 mm bred och 80 µm tjock.

De små och mjuka elektroderna är framtagna vid Linköpings universitet och ETH Zürich och forskarkollegor vid New York University och Columbia University har sedan implanterat dem i hjärnan på råttor. Under tre månader har forskarna sedan kunnat samla in signaler av hög kvalitet från de fritt rörliga råttorna. Försöken har gjorts efter etiska tillstånd och under det strikta regelverk som gäller för djurförsök.

Intressanta tillämpningar

Klas Tybrandt, forskare vid Laboratoriet för organisk elektronikKlas Tybrandt, forskningsledare Mjuk elektronik,  Laboratoriet för organisk elektronik Foto: Thor Balkhed– När cellerna i hjärnan skickar ut signaler bildas en spänning som elektroderna fångar upp och skickar vidare via en liten förstärkare. Vi kan också se från vilka av elektroderna signalerna kommer, det vill säga var i hjärnan signalerna har sitt ursprung. Denna typ av spatiotemporal information är viktig för framtida tillämpningar. Förhoppningen är att vi ska kunna se var exempelvis signalen som orsakar ett epileptiskt anfall startar, en förutsättning för att kunna behandla framtida anfall. Ett annat användningsområde är hjärna-maskin-gränssnitt där framtida teknik och proteser kan styras med nervsignaler. Det finns även en rad intressanta tillämpningar mot nervsystemet i kroppen och dess reglering av olika organ, säger Klas Tybrandt.

Genombrottet ligger till grund för forskningsområdet Mjuk elektronik - Soft Electronics, som nu byggs upp vid Linköpings universitet, med Klas Tybrandt som forskningsledare.

Artikeln:
High-Density Stretchable Electrode Grids for Chronic Neural Recording, Klas Tybrandt, Dion Khodagholy, Bernd Dielacher, Flurin Stauffer, Aline F. Renz, György Buzsáki, and János Vörös, Advanced Materials 2018. DOI: 10.1002/adma.201706520


 

 

Video

 

 


Kontakt

Mjuk elektronik

Fler nyheter från Laboratoriet för organisk elektronik

Glasskiva med droppe belyst underifrån.

Nästa generations hållbara elektronik dopas med luft

Forskare vid LiU har utvecklat en ny metod där organiska halvledare kan bli mer ledande med hjälp av luft som störämne. Enligt forskarna är det ett stort steg mot framtidens billiga och hållbara organiska halvledare.

Knappbatteri på finger.

Miljövänligt och billigt batteri för låginkomstländer

Ett batteri gjort av zink och lignin som kan användas över 8000 gånger. Det har forskare vid LiU utvecklat med visionen att det billiga och hållbara batteriet ska kunna användas i länder där tillgången på elektricitet är begränsad.

Forskare (Xenofon Strakosas) vid mikroskop.

Miljondonation till forskartjänst inom elektroniska mediciner

Stig Wadströms stiftelse donerar cirka tio miljoner kronor till LiU. Donationen ska finansiera en forskartjänst inom elektroniska mediciner. Forskaren som fått tjänsten är Xenofon Strakosas vid Laboratoriet för organisk elektronik i Norrköping.

Senaste nytt från LiU

Elever och lärare i ett klassrum.

Enkla metoder gjorde lärare bättre på att undervisa

Alla lärares undervisning blev betydligt bättre efter att de fått besök av och återkoppling från experter på sina insatser under lektionen. Det visar en rapport från LiU som sammanställt observationer från 30 grundskolor.

Cellodlingsflaska under ett mikroskop i labb.

De odlar näsvävnad på labbet

LiU-forskare är bland de första i världen att odla mänsklig näsvävnad från stamceller. I den studerar de hur olika virus infekterar luftvägarna. Modellen använder de nu för att undersöka hur en särskild sorts antikroppar kan skydda oss mot infektion.

WASP utökas med initiativet AI for Science

Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse beviljar WASP 70 miljoner kronor till ett nytt initiativ som ska främja användandet av AI-baserade metoder inom akademisk forskning i Sverige.