En korsliknande form hjälper elektroderna på implanterbara neurostimuleringsanordningar att leverera mer laddning till specifika områden i nervsystemet, eventuellt förlänga enhetens livslängd, säger forskning publicerad i mars i Vetenskapliga rapporter .

Formen, kallas "fraktal, "skulle vara särskilt användbart för att stimulera mindre områden, såsom djupa hjärnstrukturer eller näthinnan, eftersom det maximerar omkretsen inom en mindre yta - ger den högre upplösning som behövs för att återställa kroppsfunktioner och potentiellt möjliggör neurostimuleringsanordningar att hålla längre i kroppen utan uppladdning.

"Det finns utmaningar med att krympa storleken på dessa elektroder, " sa Hyowon "Hugh" Lee, biträdande professor i biomedicinsk teknik. "Om du krymper dem för små, då kan du inte injicera tillräckligt med energi för att kunna aktivera det underliggande substratet."

Industrin producerar för närvarande cirkulära eller rektangulära elektroder för neurostimuleringsanordningar. "Det finns egentligen ingen anledning att behålla dessa former annat än det faktum att det gör det lättare för de konventionella tillverkningsteknikerna att underlätta, ", sa Lee. "Men mikrotillverkning möjliggör batchbearbetning eller ännu mer skalbar tillverkning från rulle till rulle, där vi har designfriheten att skapa vilken typ av elektroddesign som helst med hög upplösning för att förbättra deras funktionalitet."

Lees labb experimenterade med andra former som bättre kunde injicera laddning med begränsningar av elektrodstorlek. Den fraktala formen överträffade konventionella former och "serpentinen, " eller ormliknande form, även om den har ett liknande förhållande mellan omkrets och ytarea som fraktal. Detta kan bero på att de upprepade mönstren i fraktaldesignen bättre underlättar den kontinuerliga diffusionen av laddningsöverföringsarter, eller reaktanter, till platinaelektrodytan.

"När du har mycket mer spridning av arter till ytan, det möjliggör snabbare Faradaic laddningsöverföring från elektrodytan, " sa Lee. Laddningen når sedan en tröskel på neuroner för att utlösa en aktionspotential, eller elektrokemisk signal, för att stimulera ett mål.

Eftersom fraktaldesign också har lägre impedans än konventionella elektroder, de skulle kunna tillåta mer laddning att injiceras på en elektrodyta med tiden och förlänga livslängden för neurostimuleringsanordningar. "Om du har mindre belastning, vilket innebär att det tar mindre energi för att få samma effekt, då kommer den fasta batteritiden för implanterbara stimuleringsenheter att förbättras, " sa Lee.

Nästa steg är att testa robustheten och livslängden hos fraktaldesignade elektroder i jämförelse med konventionella former. Lees labb undersöker också att använda fraktaldesignen för att förbättra känsligheten i enheter som biosensorer. "Målet skulle vara bättre kontroll av stimulering över riktade områden och mer preciserad terapi, " sa Lee.