Grafenowy czujnik przewidzi napady padaczki czy udar. W przyszłości pozwoli przywrócić mowę i zdolność komunikacji

Nowoczesny czujnik oparty na grafenie rejestruje aktywność mózgu na bardzo niskich częstotliwościach i może prowadzić do nowych metod leczenia epilepsji. Dotychczasowe urządzenia były w stanie wykryć aktywność tylko na pewnym progu częstotliwości. Nowa technologia rejestruje aktywność mózgu na częstotliwościach poniżej wartości 0,1 Hz. Dzięki temu pozwoli przewidzieć prawdopodobieństwo napadu padaczkowego czy nawet udaru.

– Nasze urządzenie potrafi rejestrować aktywność mózgu z wyższą czułością niż obecnie dostępne technologie. Zostało zaprojektowane jako urządzenie wszczepialne do badania aktywności mózgu u osób z chorobami neurologicznymi, takimi jak padaczka czy choroba Parkinsona. Dodatkowo jest w stanie nie tylko rejestrować aktywność mózgu, lecz także przejść w tryb stymulacji, który znajduje zastosowanie np. w rehabilitacji mowy – mówi agencji Newseria Innowacje Cinzia Spinato z Katalońskiego Instytutu Nanonauki i Nanotechnologii.

Nowo opracowany implant oparty na grafenie rejestruje aktywność elektryczną w mózgu przy bardzo niskich częstotliwościach i na dużych obszarach. Od lat matryce elektrod są wykorzystywane do rejestrowania aktywności elektrycznej mózgu, mapują aktywność w różnych regionach mózgu, aby w możliwie jak największym stopniu zrozumieć jego działanie. Dzięki nowemu urządzeniu będzie można zbadać aktywność mózgu przy niższych częstotliwościach niż 0,1 Hz, które do tej pory było wartością graniczną. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu grafenu.

– Urządzenie oparte jest na grafenie, który stanowi kluczową technologię umożliwiającą nam rejestrowanie bardzo niskich częstotliwości w pracy mózgu i charakteryzuje się biozgodnością, tak więc ma przewagę nad technologiami stosowanymi obecnie – przekonuje Cinzia Spinato.

Grafen toruje drogę nowatorskim diagnozom i zabiegom biomedycznym. Wysoki obszar powierzchni, mobilność elektronów i funkcjonalizacja powierzchni sprawiają, że rewolucjonizuje technologie biomedyczne. Naukowcy udowodnili już, że pole powierzchni grafenu stanowi doskonałą platformę do dostarczania leków, pozwala na stosowanie efektywnych biosensorów. Grafen można wykorzystać w inżynierii tkankowej, powstał już implant siatkówkowy, który może służyć jako proteza optyczna dla osób, które straciły wzrok, a nowe badania wykazały, że grafen można również wbudować w polimer i stworzyć czujniki i implanty mózgu.

– Sondę z wbudowanym grafenem umieszcza się nad korą mózgową, pod skórą głowy, gdzie zostaje zamknięta. Łączność zewnętrzną zapewnia komputerowy interfejs, poprzez który analizowane są rejestrowane sygnały. U chorych na padaczkę można zarejestrować konkretne wzorce aktywności mózgowej, które poprzedzają napad, dzięki czemu urządzenie potrafi ostrzegać o nadchodzącym ataku padaczkowym, pozwalając choremu na podjęcie odpowiednich środków ostrożności – tłumaczy Cinzia Spinato.

Urządzenie wykorzystuje innowacyjną architekturę opartą na tranzystorach, która wzmacnia sygnały mózgowe przed przekazaniem ich do odbiornika. Grafen jest zaś na tyle elastyczny, że można go używać na dużych obszarach kory mózgowej, nie zakłócając przy tym funkcjonowania mózgu. W efekcie lekarze zyskują dostęp do mapowania aktywności mózgu o niskiej częstotliwości, gdzie znajdują się informacje dotyczące m.in. o początku napadów padaczkowych czy udarów.

Naukowcy oceniają, że technologia tranzystorowa wykorzystująca grafen przyspieszy wdrożenie nowych strategii multipleksowania, które mogą doprowadzić do opracowania nowej generacji interfejsów mózg-komputer. W przyszłości pozwolą też przywrócić mowę i zdolność komunikacji.

– Zakończyliśmy już badania przedkliniczne na zwierzętach i szykujemy się do rozpoczęcia badań klinicznych na ludziach. Po ich pomyślnym zakończeniu wyrób trafi na rynek. Spodziewamy się, że nastąpi to w dłuższej perspektywie, za przynajmniej pięć, sześć lat – zapowiada Cinzia Spinato.

Grand View Research ocenia, że światowy rynek grafenu do 2025 roku osiągnie wartość ponad 552 mln dol.