Сердце в пробирке: Петербургские ученые приблизили эру искусственной имплантации

Команда из Санкт-Петербургского Университета ИТМО разработала концепцию создания электроустройств для искусственных органов. Ученые научились создавать резисторы, конденсаторы, диоды и мемристоры, с помощью которых нервная система может управлять имплантами.

Редакция “Журнала” взяла интервью Артемия Иванова. Ученого, занимавшегося перспективной разработкой.

 

  • - Что представляет из себя ваш проект. Вы создали прототип устройства, с помощью которого нервная система сможет управлять искусственными органами?

 

Ну, в общем, можно и так сказать. Правда это уже более продвинутый уровень, а мы создали основу для таких устройств.

Сейчас очень бурно развивается идея создания искусственных органов. Потому что живые органы - это большой дефицит.

Но для искусственных органов нужны электрические устройства, которые будут ими управлять. Как через наше сердце проходит электрический импульс и мышцы сокращаются, так и эти органы должны быть электрифицированы.

Проблема в том, что современная электроника основана на кремнии. Она жесткая и твердая - использовать ее внутри тела практически невозможно.

Устройства должны быть по своим механическим характеристикам близки к нашей коже и нашим мышцам. Быть мягкими и пластичными, но при этом обладать необходимыми электрическими характеристиками. Такое устройство мы и создали.

 

  • - Проект был реализован на базе научно-образовательного центра ИТМО. Сколько человек было в команде и кто еще участвовал в разработке?

 

Проект был разработан в университете ИТМО на базе НОЦ Инфохимии. В основном над ним работали сотрудники ИТМО - Я (Артемий Иванов), Константин Николаев, Александр Новиков и Екатерина Скорб.

Но дополнительно нас консультировал специалист МГТУ Баумана Станислав Юрченко и два человека из национального университета Сингапура - Дарья Андреева и нобелевский лауреат Константин Сергеевич Новосёлов.

 

  • - Как долго вы работали над проектом?

 

Мы начали работать над этим проектом осенью 2019 года. Работа над ним продолжалась в течении полутора лет.

 

  • - В чем отличие вашего проекта от подобных разработок из-за рубежа? Или его аналогов не существует?

 

Идея, естественно, не новая. Поэтому какие-то разработки, разумеется, существуют. Вообще сейчас к этой проблеме подходят с разных сторон. Используют разные материалы: наночастицы, проводящие полимеры, гидрогели и жидкие металлы.

В нашей разработке мы как раз использовали жидкие металлы и гидрогели.

Такие материалы уже использовались в создании подобных систем, но особенность нашей системы заключается в том, что мы смогли сделать ее программируемой. В обычной электронике,если был сделан какой-нибудь компонент - конденсатор или резистор, то этот компонент все свое время будет работать, не меняя свои характеристики. Мы же разработали такую платформу, которая в зависимости от того, какое напряжение мы прикладываем, или от того, что мы добавляем туда определенные химические соединения - может работать как несколько разных компонентов: как резистор, конденсатор, диод или мемристор.

Более того, в режиме реального времени можно контролировать характеристики этой платформы. По сути - переключался между разными компонентами.

 

  • - Сейчас проект работает “в пробирке”. Как вы будете заниматься практическим применением своей разработки, чтобы ее можно было использовать при имплантации искусственных органов. Есть ли уже планы?

 

Да, разумеется. В нашей статье, опубликованной в The Journal of Physical Chemistry Letters, мы как ученые, представили именно концепцию. Но мы уже думаем над определенными инженерными решениями, чтобы можно было сконструировать прототип и наладить производство

 

  • - Вы опубликовали свою работу в научном журнале, издаваемом Американским химическим обществом. Уже последовала реакция от зарубежных коллег? Писали ли о ваших достижениях в зарубежных СМИ?

 

Насчет СМИ не знаю.Обычно, когда печатается статья - ее только цитируют и ссылаются в других разработках. Если наша работа поможет ученым - они укажут, что использовали наши материалы. А сам проект мы активно продолжаем развивать в НОЦ Инфохимии Университета ИТМО, сотрудничая с Национальным Университетом Сингапура.

 

  • - Сейчас органы создаются при помощи 3D-биопечати. Ваша разработка поможет уже существующим технологиям “приживаться” в организме, или у нее есть и другие применения?

 

В основном наша разработка должна стать управляющей частью, которая позволит осуществлять функционирование органа. Хотя сам гидрогель, который мы используем, может быть и основой для органов. В своем проекте мы сосредоточились именно на управляющей роли.

Что касаемо других применений - наша разработка в принципе применима в гибкой электронике. Сейчас на рынке существует такой запрос. Например, гидрогели используются для пластырей, которые сканируют насыщенность крови кислородом.

Для большой электротехнической индустрии тоже можно найти применение, но только при использовании низкого напряжения и невысокого тока. Вся кремниевая электроника может работать с высокими токами - наша разработка, к сожалению, так пока не может.

 

 

  • - Как в общем идет продвижение в создании искусственных органов?

 

Я с трудом могу ответить на этот вопрос, поскольку он больше относится к медицине. Разработка технологий для создания внутренних органов - это не основное мое направление. Я больше физхимик и работаю с молекулярной электроникой.

Но можно сказать, что это направление очень бурно развивается. Однако оно сталкивается с трудностями:

В основном - непросто найти биосовместимые материалы, которые будут обладать нужными характеристиками, чтобы их можно было вставить внутрь организма.

Ну и слишком сложно осуществлять ими управление, потому-что в нашем организме все максимально интегрировано. Мозг соединяется со спинным мозгом, тот соединяется с нервами и мышцами. Осуществить такое точное соединение для искусственных органов очень нетривиальная задача.

Существуют проекты по созданию органов, присоединению их непосредственно к нервной системе человека. Но это тоже очень сложная задача.

 

Автор: Павел Алексеев

Подпишитесь на нас в соцсетях

VK



Комментарии

ОтменитьДобавить комментарий