Ett KAIST -team presenterade en mycket anpassningsbar neural stimuleringsmetod. Forskargruppen utvecklade en teknik som kan skriva ut värmemönstret i en mikronskala för att fjärrstyra biologiska aktiviteter. Forskarna integrerade en precisionsbläckstråleutskriftsteknik med biofunktionella termo-plasmoniska nanopartiklar för att uppnå en selektiv nanofototermisk neural stimuleringsmetod. Forskargruppen för professor Yoonkey Nam vid Institutionen för bio- och hjärnteknik förväntar sig att detta kommer att fungera som en möjliggörande teknik för personlig precisionsneuromoduleringsterapi för patienter med neurologiska störningar.

Metoden för nanofototermisk neural stimulering använder den termoplasmoniska effekten av metallnanopartiklar för att modulera neuronala nätverks aktiviteter. Med den termoplasmoniska effekten, metallnanopartiklar kan absorbera specifik våglängd för upplyst ljus för att effektivt generera lokal värme. Forskargruppen upptäckte det hämmande beteendet för neuroners spontana aktiviteter vid fototermisk stimulering för fyra år sedan. Sedan dess, de har utvecklat denna teknik för att kontrollera hyperaktiva beteenden hos neuroner och neurala kretsar, som ofta finns vid neurologiska störningar som epilepsi.

För att övervinna begränsningen av den rumsliga selektiviteten och upplösningen av den tidigare utvecklade nanofototermiska metoden, laget antog en bläckstråleutskriftsteknik för att mikromönstra de plasmoniska nanopartiklarna (några tiotals mikron), och framgångsrikt visat att nanofototermisk stimulering selektivt kan appliceras enligt de tryckta mönstren.

Forskarna använde en polyelektrolytskikt-för-lager-beläggningsmetod för att skriva ut substrat på ett sätt för att förbättra mönstertroheten och uppnå enhetlig montering av nanopartiklar. Den elektrostatiska attraktionen mellan de tryckta nanopartiklarna och det belagda trycksubstratet hjälpte också stabiliteten hos de bifogade nanopartiklarna. Eftersom polyelektrolytbeläggningen är biokompatibel, biologiska experiment inklusive cellodling är möjliga med den teknik som utvecklats i detta arbete.

Använda tryckta guld -nanorodpartiklar i några tiotals mikrons upplösning över ett område på flera centimeter, forskarna visade att mycket komplexa värmemönster exakt kan bildas vid ljusbelysning enligt utskriftsbilden.

Slutligen, laget bekräftade att de tryckta värmemönstren selektivt och omedelbart kan hämma aktiviteten hos odlade hippocampusneuroner vid nära-infrarött ljusbelysning. Eftersom utskriftsprocessen är tillämplig på tunna och flexibla underlag, tekniken kan enkelt tillämpas på implanterbara enheter för behandling av neurologiska störningar och bärbara enheter. Genom att selektivt applicera värmemönstren på endast de önskade cellområdena, skräddarsydd och personlig fototermisk neuromoduleringsterapi kan appliceras på patienter.

"Det faktum att alla önskade värmemönster helt enkelt kan" skrivas ut "var som helst, vidgar tillämpningen av denna teknik på många teknikområden. Inom bioingenjör, den kan appliceras på neurala gränssnitt med hjälp av ljus och värme för att modulera fysiologiska funktioner. Som en annan teknisk applikation, till exempel, tryckta värmemönster kan användas som ett nytt koncept för applikationer mot förfalskning, sa huvudutredaren, Yoonkey Nam på KAIST.