Nya material ger mjuka elektroder
Nya material ger mjuka elektroder
Ett nytt elektriskt ledande material, mjukt som mänsklig vävnad, töjbart och med en ledningsförmåga som är stabil över lång tid – och som kan användas inuti kroppen för att exempelvis behandla epilepsi eller styra proteser med nervsignaler. Detta är något forskargruppen Mjuk Elektronik strävar efter att ta fram. Klas Tybrandt, docent och forskningsledare vid Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet, beskriver vad man åstadkommit hittills.
Elektroder används för att utläsa och inducera nervsignaler, vilket har en mängd användningsområden inom diagnostik, behandling och vetenskapliga studier av det centrala och perifera nervsystemet. Exempel på implantat som används i dagsläget är ”deep brain stimulation” elektroder för behandling av Parkinsons sjukdom, ryggmärgsstimulatorer för smärtlindring, samt vagusnervstimulatorer för mildring av depressioner. Framtida implantat förväntas även använda utläsning av nervsignaler i så kallade självreglerande system, vilket ställer än större krav på elektrodgränssnitten. Elektronik och nervsystemet är lika på det sätt att båda bygger på elektriska spänningar, dock är laddningsbärarna vitt skilda. Elektroniken bygger på elektriskt ledande och halvledande material inom vilka elektroner är laddningsbärarna, medan nervsystemets laddningsbärare utgörs av joner, till exempel natrium och kalium, som transporteras in och ut genom cellmembranen. Elektroders funktion är att koppla samman dessa olika laddningsbärare så att elektriska signaler kan överföras mellan de olika systemen. Detta sker i gränsytan mellan det elektriskt ledande materialet i elektroden och elektrolyten i vävnaden. En elektrisk ström kan passera gränsytan genom att elektroner ansamlas/ utarmas i elektroden, medan joner av motsatt laddning ansamlas i
elektrolyten intill elektroden, vilket möjliggör både utläsning av nervsignaler och elektrisk stimulering av vävnad.
IMPLANTERBARA ELEKTRODER
Ett vanligt problem för implanterade elektroder är att de med tiden blir inkapslade i ärrvävnad som hindrar signalöverföringen. Detta minskar räckvidden av elektrisk stimulering och kan kräva att spänningen höjs för att uppnå avsedd effekt. Vid utläsning av nervsignaler är ärrvävnaden än mer problematisk, då signalerna dämpas samt att avståndet till signalerande nervceller ökar. Kroppens reaktion på implanterade elektroder beror dels på de implanterade materialens kemiska sammansättning, men även på dess mekaniska egenskaper. 1 Traditionella elektrodmaterial är hårda och styva i jämförelse med den mjuka och deformerbara nervvävnaden som regelbundet utsätts för små rörelser och deformationer till följd av kroppens rörelser. Då implantaten inte kan deformeras tillsammans med vävnaden utsätts vävnaden i gränssnittet till implantatet för en mekanisk påverkan, med ökad bildning av ärrvävnad som resultat. Det har visats att ökad mjukhet kan minska inkapslingen av implanterade material.2 Mjuka deformerbara elektroder möjliggör också nära kontakt med ojämna och krökta ytor.
