ПОСЛЕЗАВТРА
Британские химики создали миниатюрную батарею для работы с нейронами
Британские исследователи Оксфордского университета создали миниатюрную батарею, работающую по принципу электрического угря. Несмотря на свои микроскопические размеры, устройство смогло генерировать достаточно тока для регулирования биологической активности человеческих нейронов. По мнению создателей, в будущем подобные технологии позволят создавать биоинтегрированные устройства с широким спектром применения в биологии и медицине.
В основе устройства лежит цепь из пяти нанолитровых капель гидрогеля (цепи полимеров, содержащие большое количество воды). Из-за разницы в концентрации солей в цепи капель создается ионный градиент. Сами капли разделены между собой липидными бислоями, препятствующими перемещению ионов между каплями. Активацией такой «капельной» батарейки является снижение температуры до 4°C, при котором происходит разрушение бислоев и превращение капель в единый гидрогель. При этом ионы из насыщенных солями крайних капель перемещаются по проводящему гидрогелю в менее насыщенные капли посередине. Подключение к крайним каплям электродов приводит к тому, что энергия, вырабатываемая из-за ионного градиента трансформируется в электричество, которое может быть использовано для питания внешних устройств.
Во время испытаний источник питания вырабатывал ток в течение получаса, при этом максимальная выходная мощность для устройства из 50 капель емкостью 1 нл каждая составляла около 65 нВт. Устройство сохраняло способность генерировать аналогичный ток даже после хранения в течение 36 часов. Затем устройство подключили к выращенным в лаборатории человеческим прогениторным клеткам (клеткам-предшественницам), имеющим флуоресцентный краситель для индикации активности. После включения устройства покадровая запись показала, что ионный ток вызвал волны межклеточных кальциевых сигналов в нейронах. Передача сигналов по кальциевым каналам является основным механизмом взаимодействия нейронов между собой, с помощью которого координируются такие функции, как высвобождение нейромедиаторов (передача сообщений между нейронами в синапсах), «выстрел» нейрона (генерация нейроном электрического импульса), синаптическая пластичность и транскрипция генов (передача генной информации из ДНК в РНК).
«Используя ионные градиенты, мы разработали миниатюрную, биологически совместимую систему для регуляции работы клеток и тканей на микроуровне, что открывает широкий спектр потенциального применения в биологии и медицине», — считает ведущий автор исследования Юцзя Чжан.
По словам создателей, модульная структура созданного ими устройства означает, что в будущем подобные капельные «батареи» можно будет объединять в массивы для увеличения выходной мощности. Это, в свою очередь, откроет широкие возможности применения целого ряда новых устройств, таких как био-гибридные интерфейсы, импланты, синтетическая ткань и микророботы.