Биоэлектроника в последние годы серьёзно развивается, потому как сложно переоценить её роль в коррекции дисфункций тела и мозга человека. И новая разработка международной группы учёных свидетельствует об этом прогрессе. Исследователи создали инновационные биочипы, имитирующие функционирование сетчатки человека. Это изделие появилось благодаря совместным усилиям специалистов из Форшунгсцентрума Юлих, РВТГ Ахенского университета, Итальянского института технологий и Неаполитанского университета. Материал об открытии был опубликован в авторитетном научном журнале Nature Communications.
Журналисты отмечают, что разработка подобного биочипа является одним из первых шагов к «реальности киборгов», концепция которых уже давно перестала быть только элементом научной фантастики. Людям давно устанавливают кардиостимуляторы для лечения аритмии, кохлеарные импланты для улучшения слуха, а также импланты сетчатки, помогающие слабовидящим вернуть хотя бы часть зрения.
Новый биочип, разработанный группой учёных под руководством Франчески Санторо, представляет собой комплекс проводящих полимеров и светочувствительных молекул. Эти элементы вместе имитируют работу человеческой сетчатки, включая зрительные пути. Эксперты подчёркивают, что такие изделия позволяют предвидеть в ближайшем будущем ещё более тесное слияние человека и машины.
Франческа Санторо, профессор нейроэлектронных интерфейсов в РВТГ Ахенском университете и визитинг-исследователь в Итальянском институте технологий, рассказала журналистам о свойствах разработанного органического полупроводника. В частности, он способен определять количество света, падающего на него, аналогично процессам, происходящим в человеческом глазу. Чувствительность к свету отдельных фоторецепторов позволяет формировать соответствующий образ в мозгу.
Учёные заявляют, что ключевая особенность разработанного биочипа заключается в его 100% органическом составе без каких-либо токсичных компонентов. Кроме того, изделие максимально гибкое и функционирует на основе ионов (заряженных атомов или молекул). Такой подход обеспечивает естественную интеграцию биочипа в любые биологические системы.
В отличие от обычных, жёстких кремниевых полупроводников, которые работают с электронами, органический полупроводник команды Франчески Санторо демонстрирует совместимость с ионными процессами, характерными для человеческих клеток (клетки используют ионы для контроля определённых процессов и обмена информацией).
В журнале Nature Communications отмечается, что на данный момент разработка является лишь важным «доказательством концепции». Однако учёные уже видят потенциал применения биочипа на практике, например, в качестве искусственного синапса, потому что облучение светом изменяет проводимость используемого полимера (в краткосрочной и долгосрочной перспективе), что аналогично функционированию реальных синапсов, передающих электросигналы, меняя тем самым свои размеры и эффективность. Это лежит в основе способности мозга к обучению и запоминанию. Франческа Санторо также отмечает, что предстоящие эксперименты её группы будут направлены на соединение этих компонентов с биологическими системами, а также на объединение большого количества отдельных чипов между собой.
Кроме искусственной сетчатки, группа учёных под руководством Франчески Санторо также занимается разработкой других подходов к биоэлектронным чипам, которые могут взаимодействовать с телом человека, например, с клетками нервной системы. Учёные стремятся не только воссоздать трёхмерную структуру человеческих нервных клеток, но и их функциональные возможности, особенно в части обработки и хранения информации.
Различные виды биочипов, как указывается в издании Nature Communications, могут применяться для изучения реальных нейронов, в том числе для качественного исследования клеточного обмена информацией. Кроме того, группа Франческо Санторо уверена, что разработанные компоненты будут активно использоваться для вмешательства в пути передачи информации клеток с целью коррекции ошибок, возникающих при нейродегенеративных заболеваниях, например, при болезни Паркинсона или Альцгеймера. Также они могут служить для поддержки функционирования человеческих органов, которые по каким-либо причинам не могут работать в привычном режиме.
Подчёркивается, что разработанные компоненты обладают потенциалом выступать в качестве интерфейса между искусственными конечностями или суставами. Это открывает новые горизонты в сфере протезирования и реабилитации, делая восстановление утраченных функций тела более эффективным и естественным. Кроме того, чип обладает уникальными свойствами, делающими его оптимальным решением для использования в аппаратуре искусственных нейронных сетей. Это может значительно улучшить работу компьютерных технологий. Франческо Санторо подчеркивает, что биочипы открывают путь к созданию компьютерных технологий, способных имитировать работу мозга на различных уровнях.
Ещё по теме:
- Литовские специалисты разработали электрическую инвалидную коляску, позволяющую людям стоять
- Большая часть текстового контента в интернете – это некачественный машинный перевод
- Netflix не планирует выпускать своё приложение для гарнитуры Vision Pro
