Interfaces neurais são cruciais para restaurar e melhorar funções neurais prejudicadas, mas as tecnologias atuais lutam para atingir contato próximo com tecidos neurais macios e curvos. De acordo com a Pusan National University, pesquisadores introduziram um método inovador – microeletrotermoformação (μETF) – para criar interfaces neurais flexíveis com microestruturas 3D. Suas descobertas mostram como esse método melhora o registro e a estimulação neural, com aplicações potenciais em dispositivos de retina artificial e interfaces cérebro-computador.
Matrizes de microeletrodos (MEAs) são amplamente utilizadas para registrar a atividade cerebral e estimular tecidos neurais. No entanto, MEAs convencionais são tipicamente planas – limitando sua capacidade de se conformar às curvas naturais das estruturas neurais. Os métodos existentes para adicionar recursos 3D exigem várias etapas de fabricação – aumentando a complexidade e restringindo as possibilidades de design.
Para superar essas limitações, uma equipe liderada pelo Professor Associado Joonsoo Jeong e pelo Professor Associado Kyungsik Eom desenvolveu o μETF – inspirado na termoformagem de plástico, uma técnica comum para moldar folhas de plástico em diferentes formatos. As descobertas foram publicadas no periódico npj Flexible Electronics.
“A ideia para este estudo veio de uma simples observação de tampas de plástico em copos de café para viagem. Percebi que este método de formação de plástico poderia ser aplicado em um nível microscópico para criar estruturas 3D para eletrodos neurais”, disse o Dr. Jeong.
O método μETF envolve aquecer uma folha de polímero fina e flexível incorporada com microeletrodos e pressioná-la contra um molde impresso em 3D. Os pesquisadores usaram polímero de cristal líquido (LCP) como substrato devido à sua resistência mecânica, biocompatibilidade e estabilidade de longo prazo. Este processo forma estruturas precisas salientes e rebaixadas – aumentando a proximidade do eletrodo aos neurônios alvo, preservando suas propriedades elétricas. Ao contrário das abordagens tradicionais de micromaquinação, o μETF simplifica a fabricação e permite uma ampla gama de estruturas 3D complexas, incluindo poços, domos, paredes e características triangulares, tudo dentro de um único MEA.
Em um estudo de prova de conceito, os pesquisadores da Pusan National University aplicaram μETF para desenvolver um MEA 3D otimizado para estimulação da retina em pacientes cegos. Simulações computacionais e experimentos de laboratório mostraram que os eletrodos 3D reduziram os limiares de estimulação em 1,7x e melhoraram a resolução espacial em 2,2x em comparação com os eletrodos planos tradicionais. “Nossas estruturas 3D aproximam os eletrodos dos neurônios-alvo, tornando a estimulação mais eficiente e precisa”, disse o Dr. Eom.
Além da estimulação da retina, os pesquisadores veem o μETF sendo usado em várias interfaces neurais, incluindo aquelas para o cérebro, medula espinhal, cóclea e nervos periféricos. O método é capaz de criar diversas estruturas 3D – incluindo poços, domos, paredes e características triangulares – permitindo designs de eletrodos personalizados para diferentes ambientes neurais.
Um uso futuro promissor dessa tecnologia é em interfaces cérebro-computador (BCIs), que podem ajudar a restaurar o movimento em pacientes paralisados. Ao implantar matrizes de eletrodos neurais 3D no córtex motor, é possível decodificar sinais neurais e traduzi-los em ações físicas, como controlar braços robóticos ou cadeiras de rodas, como empresas como a Neuralink estão fazendo.
A versatilidade do μETF se estende além das interfaces neurais. A equipe de pesquisa está explorando seu potencial em eletrônicos vestíveis, estudos organoides e sistemas lab-on-a-chip, onde microestruturas 3D precisas podem aprimorar a funcionalidade do dispositivo. A próxima etapa inclui o refinamento de técnicas de fabricação para aplicações médicas mais amplas.
Com sua capacidade de melhorar o registro e a estimulação neural, ao mesmo tempo em que simplifica a fabricação, o μETF representa um grande avanço na tecnologia neuroprotética e nos tratamentos de reabilitação neural. Para saber mais sobre a tecnologia acesse o site.
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