న్యూరాన్ల చుట్టూ చక్కగా చుట్టడం ద్వారా, ఈ పరికరాలు శాస్త్రవేత్తలు మెదడులోని ఉపకణ ప్రాంతాలను పరిశీలించడంలో సహాయపడతాయి మరియు కొంత మెదడు పనితీరును పునరుద్ధరించడంలో కూడా సహాయపడవచ్చు.
స్మార్ట్‌వాచ్‌లు మరియు ఫిట్‌నెస్ ట్రాకర్‌ల వంటి ధరించగలిగే పరికరాలు మన హృదయ స్పందన రేటు లేదా నిద్ర దశల వంటి అంతర్గత ప్రక్రియలను కొలవడానికి మరియు వాటి నుండి తెలుసుకోవడానికి మన శరీర భాగాలతో పరస్పర చర్య చేస్తాయి.
ఇప్పుడు, MIT పరిశోధకులు ధరించగలిగే పరికరాలను అభివృద్ధి చేశారు, ఇవి శరీరంలోని వ్యక్తిగత కణాల కోసం ఒకే విధమైన విధులను నిర్వహించగలవు.
మృదువైన పాలిమర్‌తో తయారు చేయబడిన ఈ బ్యాటరీ-రహిత, ఉపకణ-పరిమాణ పరికరాలు, కాంతితో వైర్‌లెస్ యాక్చుయేషన్‌పై కణాలకు హాని కలిగించకుండా, ఆక్సాన్లు మరియు డెండ్రైట్‌ల వంటి న్యూరాన్ల యొక్క వివిధ భాగాలను సున్నితంగా చుట్టడానికి రూపొందించబడ్డాయి. న్యూరానల్ ప్రక్రియలను సున్నితంగా చుట్టడం ద్వారా, అవి న్యూరాన్ యొక్క విద్యుత్ మరియు జీవక్రియ కార్యకలాపాలను ఉపకణ స్థాయిలో కొలవడానికి లేదా మాడ్యులేట్ చేయడానికి ఉపయోగించబడతాయి.
ఈ పరికరాలు వైర్‌లెస్ మరియు ఫ్రీ-ఫ్లోటింగ్ అయినందున, వేలకొద్దీ చిన్న పరికరాలను ఏదో ఒకరోజు ఇంజెక్ట్ చేసి, కాంతిని ఉపయోగించి నాన్‌వాసివ్‌గా పని చేయవచ్చని పరిశోధకులు ఊహిస్తున్నారు. శరీరం వెలుపలి నుండి ప్రకాశించే కాంతి మోతాదును మార్చడం ద్వారా ధరించగలిగినవి కణాల చుట్టూ ఎలా మెల్లగా చుట్టుకుంటాయో పరిశోధకులు ఖచ్చితంగా నియంత్రిస్తారు, ఇది కణజాలంలోకి చొచ్చుకుపోయి పరికరాలను ఉత్తేజపరుస్తుంది.
న్యూరాన్ల మధ్య మరియు శరీరంలోని ఇతర భాగాలకు విద్యుత్ ప్రేరణలను ప్రసారం చేసే ఆక్సాన్‌లను ఎన్‌ఫోల్డింగ్ చేయడం ద్వారా, ఈ ధరించగలిగేవి మల్టిపుల్ స్క్లెరోసిస్ వంటి వ్యాధులలో సంభవించే కొన్ని న్యూరానల్ డిగ్రేడేషన్‌ను పునరుద్ధరించడంలో సహాయపడతాయి. దీర్ఘకాలంలో, వ్యక్తిగత కణాలను కొలవగల మరియు మాడ్యులేట్ చేయగల చిన్న సర్క్యూట్లను సృష్టించడానికి పరికరాలను ఇతర పదార్థాలతో ఏకీకృతం చేయవచ్చు.
“మేము ఇక్కడ పరిచయం చేస్తున్న కాన్సెప్ట్ మరియు ప్లాట్‌ఫారమ్ టెక్నాలజీ భవిష్యత్ పరిశోధనలకు అపారమైన అవకాశాలను తీసుకువచ్చే పునాది రాయి లాంటిది” అని నానో-హెడ్, MIT మీడియా ల్యాబ్ మరియు సెంటర్ ఫర్ న్యూరోబయోలాజికల్ ఇంజనీరింగ్‌లోని AT&T కెరీర్ డెవలప్‌మెంట్ అసిస్టెంట్ ప్రొఫెసర్ డెబ్లినా సర్కార్ చెప్పారు. సైబర్నెటిక్ బయోట్రెక్ ల్యాబ్, మరియు ఈ టెక్నిక్‌పై ఒక పేపర్ యొక్క సీనియర్ రచయిత.
సర్కార్ పేపర్‌లో ప్రధాన రచయిత మార్తా JI ఐరాఘి లెకార్డి చేరారు, మాజీ MIT పోస్ట్‌డాక్ ఇప్పుడు నోవార్టిస్ ఇన్నోవేషన్ ఫెలో; బెనోయిట్ XE డెస్బియోల్స్, ఒక MIT పోస్ట్‌డాక్; పని సమయంలో MIT అండర్ గ్రాడ్యుయేట్ పరిశోధకురాలిగా ఉన్న అన్నా Y. హద్దాద్ ’23; మరియు MIT గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థులు బాజు C. జాయ్ మరియు చెన్ సాంగ్. పరిశోధన ఈ రోజు కనిపిస్తుంది నేచర్ కమ్యూనికేషన్స్ కెమిస్ట్రీ .
సున్నితంగా చుట్టే కణాలు
మెదడు కణాలు సంక్లిష్టమైన ఆకృతులను కలిగి ఉంటాయి, ఇది న్యూరాన్లు లేదా న్యూరానల్ ప్రక్రియలకు కఠినంగా అనుగుణంగా ఉండే బయోఎలక్ట్రానిక్ ఇంప్లాంట్‌ను రూపొందించడం చాలా కష్టతరం చేస్తుంది. ఉదాహరణకు, అక్షతంతువులు సన్నని, తోక-వంటి నిర్మాణాలు, ఇవి న్యూరాన్ల సెల్ బాడీకి జోడించబడతాయి మరియు వాటి పొడవు మరియు వక్రత విస్తృతంగా మారుతూ ఉంటాయి.
అదే సమయంలో, ఆక్సాన్లు మరియు ఇతర సెల్యులార్ భాగాలు పెళుసుగా ఉంటాయి, కాబట్టి వాటితో ఇంటర్‌ఫేస్ చేసే ఏదైనా పరికరం వాటికి హాని కలిగించకుండా మంచి పరిచయాన్ని ఏర్పరుచుకునేంత మృదువుగా ఉండాలి.
ఈ సవాళ్లను అధిగమించడానికి, MIT పరిశోధకులు అజోబెంజీన్ అని పిలువబడే మృదువైన పాలిమర్ నుండి సన్నని-ఫిల్మ్ పరికరాలను అభివృద్ధి చేశారు, అవి అవి కప్పబడిన కణాలను పాడుచేయవు.
పదార్థ పరివర్తన కారణంగా, అజోబెంజీన్ యొక్క పలుచని షీట్‌లు కాంతికి గురైనప్పుడు రోల్ అవుతాయి, వాటిని కణాల చుట్టూ చుట్టడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. పరిశోధకులు కాంతి యొక్క తీవ్రత మరియు ధ్రువణాన్ని, అలాగే పరికరాల ఆకృతిని మార్చడం ద్వారా రోలింగ్ యొక్క దిశ మరియు వ్యాసాన్ని ఖచ్చితంగా నియంత్రించవచ్చు.
సన్నని ఫిల్మ్‌లు మైక్రోమీటర్ కంటే తక్కువ వ్యాసం కలిగిన చిన్న మైక్రోట్యూబ్‌లను ఏర్పరుస్తాయి. ఇది వాటిని సున్నితంగా, కానీ సున్నితంగా, అత్యంత వంగిన ఆక్సాన్లు మరియు డెండ్రైట్‌ల చుట్టూ చుట్టడానికి అనుమతిస్తుంది.
“రోలింగ్ యొక్క వ్యాసాన్ని చాలా సూక్ష్మంగా నియంత్రించడం సాధ్యమవుతుంది. మీరు ఒక నిర్దిష్ట కోణాన్ని చేరుకున్నప్పుడు కాంతి శక్తిని తదనుగుణంగా ట్యూన్ చేయడం ద్వారా మీరు ఆపివేయవచ్చు,” అని సర్కార్ వివరించాడు.
స్కేలబుల్ మరియు సెమీకండక్టర్ క్లీన్ రూమ్‌ను ఉపయోగించాల్సిన అవసరం లేని ప్రక్రియను కనుగొనడానికి పరిశోధకులు అనేక ఫాబ్రికేషన్ టెక్నిక్‌లతో ప్రయోగాలు చేశారు.
మైక్రోస్కోపిక్ ధరించగలిగే వస్తువులను తయారు చేయడం
నీటిలో కరిగే పదార్థంతో కూడిన బలి పొరపై అజోబెంజీన్ చుక్కను జమ చేయడం ద్వారా అవి ప్రారంభమవుతాయి. అప్పుడు పరిశోధకులు త్యాగం చేసే పొర పైన వేలాది చిన్న పరికరాలను అచ్చు వేయడానికి పాలిమర్ డ్రాప్‌పై స్టాంప్‌ను నొక్కండి. స్టాంపింగ్ టెక్నిక్ దీర్ఘచతురస్రాల నుండి పూల ఆకారాల వరకు సంక్లిష్టమైన నిర్మాణాలను రూపొందించడానికి వారిని అనుమతిస్తుంది.
బేకింగ్ దశ అన్ని ద్రావకాలు ఆవిరైపోయాయని నిర్ధారిస్తుంది మరియు అవి వ్యక్తిగత పరికరాల మధ్య మిగిలి ఉన్న ఏదైనా పదార్థాన్ని స్క్రాప్ చేయడానికి ఎచింగ్‌ను ఉపయోగిస్తాయి. చివరగా, వారు త్యాగం చేసే పొరను నీటిలో కరిగించి, వేలాది మైక్రోస్కోపిక్ పరికరాలను ద్రవంలో స్వేచ్ఛగా తేలుతూ ఉంటారు.
వారు ఫ్రీ-ఫ్లోటింగ్ పరికరాలతో పరిష్కారాన్ని పొందిన తర్వాత, పరికరాలను రోల్ చేయడానికి ప్రేరేపించడానికి వారు కాంతితో పరికరాలను వైర్‌లెస్‌గా ప్రేరేపించారు. స్వేచ్ఛగా తేలియాడే నిర్మాణాలు వెలుతురు ఆగిపోయిన తర్వాత రోజుల తరబడి వాటి ఆకారాలను నిర్వహించగలవని వారు కనుగొన్నారు.
మొత్తం పద్ధతి బయో కాంపాజిబుల్‌గా ఉండేలా పరిశోధకులు వరుస ప్రయోగాలను నిర్వహించారు.
రోలింగ్‌ను నియంత్రించడానికి కాంతిని ఉపయోగించడాన్ని పరిపూర్ణం చేసిన తర్వాత, వారు ఎలుకల న్యూరాన్‌లపై పరికరాలను పరీక్షించారు మరియు వారు నష్టం కలిగించకుండా అత్యంత వంగిన ఆక్సాన్లు మరియు డెండ్రైట్‌లను కూడా గట్టిగా చుట్టగలరని కనుగొన్నారు.
“ఈ కణాలతో సన్నిహిత ఇంటర్‌ఫేస్‌లను కలిగి ఉండాలంటే, పరికరాలు మృదువుగా ఉండాలి మరియు ఈ సంక్లిష్ట నిర్మాణాలకు అనుగుణంగా ఉండాలి. అది ఈ పనిలో మేము పరిష్కరించిన సవాలు. అజోబెంజీన్ సజీవ కణాల చుట్టూ కూడా చుట్టగలదని మేము మొదట చూపించాము,” ఆమె అంటున్నారు.
వారు ఎదుర్కొన్న అతిపెద్ద సవాళ్లలో ఒక క్లీన్ రూమ్ వెలుపల నిర్వహించగలిగే స్కేలబుల్ ఫ్యాబ్రికేషన్ ప్రక్రియను అభివృద్ధి చేయడం. అవి చాలా మందంగా ఉండటం వలన అవి రోల్ చేసినప్పుడు పగుళ్లు ఏర్పడతాయి కాబట్టి, అవి పరికరాల కోసం ఆదర్శవంతమైన మందాన్ని కూడా మళ్ళించాయి.
అజోబెంజీన్ ఒక ఇన్సులేటర్ అయినందున, ఒక డైరెక్ట్ అప్లికేషన్ పరికరాలను పాడైపోయిన ఆక్సాన్‌ల కోసం సింథటిక్ మైలిన్‌గా ఉపయోగిస్తోంది. మైలిన్ అనేది ఆక్సాన్‌లను చుట్టి, న్యూరాన్ల మధ్య సమర్థవంతంగా ప్రయాణించడానికి విద్యుత్ ప్రేరణలను అనుమతించే ఒక ఇన్సులేటింగ్ పొర.
మల్టిపుల్ స్క్లెరోసిస్ వంటి నాన్-మైలినేటింగ్ వ్యాధులలో, న్యూరాన్లు కొన్ని ఇన్సులేటింగ్ మైలిన్ షీట్లను కోల్పోతాయి. వాటిని పునరుత్పత్తి చేసే జీవ మార్గమేదీ లేదు. సింథటిక్ మైలిన్‌గా పనిచేయడం ద్వారా, ధరించగలిగేవి MS రోగులలో న్యూరానల్ పనితీరును పునరుద్ధరించడంలో సహాయపడవచ్చు.
కణాలను ఉత్తేజపరిచే ఆప్టోఎలక్ట్రికల్ పదార్థాలతో పరికరాలను ఎలా కలపవచ్చో కూడా పరిశోధకులు ప్రదర్శించారు. అంతేకాకుండా, అణుపరంగా పలుచని పదార్థాలను పరికరాల పైభాగంలో నమూనా చేయవచ్చు, అవి ఇప్పటికీ పగలకుండా మైక్రోట్యూబ్‌లను ఏర్పరుస్తాయి. ఇది పరికరాలలో సెన్సార్లు మరియు సర్క్యూట్లను ఏకీకృతం చేయడానికి అవకాశాలను తెరుస్తుంది.
అదనంగా, అవి కణాలతో అంత గట్టి సంబంధాన్ని కలిగి ఉన్నందున, ఉపకణ ప్రాంతాలను ఉత్తేజపరిచేందుకు చాలా తక్కువ శక్తిని ఉపయోగించవచ్చు. ఇది మెదడు వ్యాధుల చికిత్స కోసం న్యూరాన్ల యొక్క ఎలక్ట్రికల్ యాక్టివిటీని మాడ్యులేట్ చేయడానికి పరిశోధకుడు లేదా వైద్యునిని అనుమతిస్తుంది.
“అపూర్వమైన రిజల్యూషన్‌తో ఒక కృత్రిమ పరికరం యొక్క ఈ సహజీవనాన్ని సెల్‌తో ప్రదర్శించడం ఉత్తేజకరమైనది. ఈ సాంకేతికత సాధ్యమని మేము చూపించాము” అని సర్కార్ చెప్పారు.
ఈ అప్లికేషన్‌లను అన్వేషించడంతో పాటు, నిర్దిష్ట సెల్ రకాలు లేదా ఉపకణ ప్రాంతాలను లక్ష్యంగా చేసుకునేందుకు వీలు కల్పించే అణువులతో పరికర ఉపరితలాలను ఫంక్షనలైజ్ చేయడానికి ప్రయత్నించాలని పరిశోధకులు కోరుతున్నారు.
పేపర్: “సబ్ సెల్యులార్ న్యూరానల్ స్ట్రక్చర్‌లను చుట్టడం కోసం అజోబెంజీన్ పాలిమర్ సన్నని ఫిల్మ్‌ల కాంతి-ప్రేరిత రోలింగ్”
