Un equipo de investigadores de la Universidad de Chicago, la Universidad Northwestern, la Universidad de Illinois en Chicago y el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE han diseñado partículas de silicio un quincuagésimo del ancho de un cabello humano, lo que podría conducir aa los sistemas de "biointerfaz" diseñados para hacer que las células nerviosas se disparen y las células del corazón laten.
Bozhi Tian, quien dirigió uno de los grupos de investigación de la Universidad de Chicago, dijo que las partículas pueden establecer biointerfaces únicas en las membranas celulares, porque son deformables pero aún pueden producir un efecto eléctrico local.
"Los sistemas biológicos son blandos, y si desea diseñar un dispositivo que pueda apuntar a esos tejidos u órganos, también debe coincidir con su interfaz mecánica", dijo Tian. "La mayoría de los implantes actuales son rígidos, y ese es uno delas razones por las que pueden causar inflamación "
Con el tiempo, las biointerfaces hechas de estas partículas también se degradarán, a diferencia de los materiales alternativos como el oro y el carbono, dijo el coautor del estudio, Yuanwen Jiang, un estudiante graduado en el grupo Tian. Esto significa que para futuras aplicaciones los pacientes no tendrían quesometerse a un segundo procedimiento para eliminar las partículas.
Jiang y Tian dijeron que creen que el material tiene muchas aplicaciones potenciales en biomedicina, porque las partículas y la luz se pueden usar para excitar muchos tipos de células.
El silicio mesoestructurado, llamado así por sus complejas estructuras internas de cables nanoscópicos, se creó mediante un proceso llamado nano-fundición.
Para hacer las partículas, cada una de entre uno y cinco micrómetros de tamaño, los investigadores llenaron la estructura de la colmena de dióxido de silicio sintético con silicio semiconductor de la misma manera que un herrero vertía metal fundido en un molde de hierro fundido. El molde exterior fue luego grabadocon ácido, dejando atrás un haz de cables conectados por puentes delgados.
Para probar si las partículas podrían cambiar el comportamiento de las células, el equipo inyectó una muestra en neuronas de ganglios de la raíz dorsal de rata cultivadas, que se encuentran en el sistema nervioso periférico.
El equipo pudo activar las neuronas usando pulsos de luz para calentar las partículas de silicio, haciendo que la corriente fluya a través de las células.
En las biointerfaces convencionales, los materiales deben conectarse a una fuente de energía, pero debido a que los investigadores solo necesitan aplicar luz para usar las partículas de silicio, el nuevo sistema es completamente inalámbrico. Los investigadores pueden simplemente inyectar las partículas en el área correcta y activarlasa través de la piel.
"La neuromodulación podría aprovechar al máximo este material, incluidas sus propiedades ópticas, mecánicas y térmicas", dijo Jiang.
Junto con las implicaciones que el control de las neuronas podría tener con los trastornos neurodegenerativos, los investigadores del laboratorio de Tian han utilizado materiales similares para controlar el latido de las células cardíacas, dijo
Los autores del artículo utilizaron recursos de las Divisiones de Ciencias e Ingeniería Química y Ciencias Químicas de Argonne y el Centro de Materiales a Nanoescala, una Instalación de Usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE.
Los investigadores utilizaron las líneas de haz 12-ID-B y 32-ID en Advanced Photon Source, también una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE, para tomar medidas de dispersión de rayos X, así como microscopía de rayos X por microscopía de rayos X de transmisiónde las muestras, microscopía electrónica de barrido y microscopía electrónica de transmisión. El Centro de Materiales a Nanoescala proporcionó instrumentos y experiencia en litografía de haz de iones enfocados, así como herramientas para la fabricación de máscaras ópticas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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