Inte längre bara fantastiskt foder för sci-fi-fantaster, cyborg-tekniken ger oss påtagliga framsteg mot verklig elektronisk hud, proteser och ultraflexibla kretsar. Nu tar detta människa-maskin-konceptet till en aldrig tidigare skådad nivå, banbrytande forskare arbetar på det sömlösa äktenskapet mellan elektronik och hjärnsignalering med potential att förändra vår förståelse för hur hjärnan fungerar – och hur man behandlar dess mest förödande sjukdomar.
Deras presentation äger rum på det 248:e nationella mötet och utställningen av American Chemical Society (ACS), världens största vetenskapliga samhälle.
"Genom att fokusera på de nanoelektroniska förbindelserna mellan celler, vi kan göra saker som ingen har gjort tidigare, " säger Charles M. Lieber, Ph.D. "Vi går verkligen in i en ny storleksordning för inte bara enheten som registrerar eller stimulerar mobil aktivitet, men också för hela kretsen. Vi kan få det att verkligen se ut och bete sig som smart, mjukt biologiskt material, och integrera den med celler och mobilnät på helvävnadsnivå. Detta kan komma runt många allvarliga hälsoproblem i neurodegenerativa sjukdomar i framtiden."
Dessa störningar, som Parkinsons, som involverar felaktiga nervceller kan leda till svårigheter med de mest vardagliga och väsentliga rörelserna som de flesta av oss tar för givet:promenader, talande, äta och svälja.
Forskare arbetar ursinnigt för att komma till botten med neurologiska störningar. Men de involverar kroppens mest komplexa organ - hjärnan - som i stort sett är otillgänglig för detaljerade, granskning i realtid. Denna oförmåga att se vad som händer i kroppens kommandocentral hindrar utvecklingen av effektiva behandlingar för sjukdomar som härrör från det.
Genom att använda nanoelektronik, det kan bli möjligt för forskare att för första gången titta in i celler, se vad som går fel i realtid och ställ dem helst på en funktionell väg igen.
Under de senaste åren har Lieber har arbetat för att dramatiskt krympa cyborgvetenskap till en nivå som är tusentals gånger mindre och mer flexibel än andra bioelektroniska forskningsinsatser. Hans team har gjort ultratunna nanotrådar som kan övervaka och påverka vad som händer inuti celler. Med hjälp av dessa kablar, de har byggt ultraflexibla, 3D-ställning i mesh med hundratals adresserbara elektroniska enheter, och de har odlat levande vävnad på den. De har också utvecklat den minsta elektroniska sonden någonsin som kan registrera även den snabbaste signaleringen mellan celler.
Snabb-eld-cellsignalering styr alla kroppens rörelser, inklusive andning och sväljning, som påverkas vid vissa neurodegenerativa sjukdomar. Och det är på den här nivån där löftet om Liebers senaste verk kommer in i bilden.
I en av laboratoriets senaste riktningar, Liebers team räknar ut hur man injicerar sina små, ultraflexibel elektronik i hjärnan och låter dem bli helt integrerade med det befintliga biologiska nätet av neuroner. De är för närvarande i ett tidigt skede av projektet och arbetar med råttmodeller.
"Det är svårt att säga vart det här arbetet tar oss, " säger han. "Men till slut, Jag tror att vårt unika tillvägagångssätt kommer att ta oss på en väg att göra något riktigt revolutionerande."
