Bir jel kokteyli, canlı balıklarda elektrotları ‘büyütmek’ için vücudun şekerlerini kullanır.
Araştırmacılar ilk kez canlı balıkların dokularında elektrotlar “büyütmek” için vücudun kendi kimyasını kullandılar ve biyoloji ile makineler arasındaki sınırı bulanıklaştırdılar.
Deneyler, tekniğin enjekte edilen bir jeli dokulara zarar vermeden esnek bir elektrota dönüştürmek için vücudun şekerlerini kullandığını gösteriyor. Araştırmacıların 24 Şubat Science dergisindeki raporuna göre, beyinlerinde, kalplerinde ve kuyruk yüzgeçlerinde yetiştirilen bu elektrotlara sahip zebra balığı hiçbir kötü etki belirtisi göstermedi ve sülüklerde test edilenler bir siniri başarıyla uyardı.
Bir gün bu elektrotlar, biyolojik sistemlerin nasıl çalıştığını incelemekten insan-makine arayüzlerini geliştirmeye kadar uzanan uygulamalar için yararlı olabilir. Ayrıca depresyon, Parkinson hastalığı ve diğer durumlar için beyin stimülasyon terapileri gibi “biyoelektronik tıpta” da kullanılabilirler (SN: 2/10/19).
Yumuşak elektronikler, yumuşak, kıvrımlı biyoloji ve elektronik donanım arasındaki boşluğu kapatmayı amaçlar. Ancak bu elektronik parçalar tipik olarak yine de çatlaklara ve diğer sorunlara eğilimli olabilecek belirli parçaları taşımalıdır ve bu cihazların yerleştirilmesi kaçınılmaz olarak dokulara zarar verir.
“Yaptığımız tüm cihazlar, onları daha yumuşak hale getirmek için esnek hale getirmiş olsak da, onları tanıttığımızda yine de bir iz kalacak. İsveç’teki Linköping Üniversitesi’nde malzeme bilimcisi olan Magnus Berggren, organa bıçak saplamak gibi bir şey” diyor. Bu yara izi ve iltihaplanma zamanla elektrot performansını düşürebilir.
Yumuşak elektroniği dokuların içinde büyütmeye yönelik önceki çabaların sakıncaları vardır. Bir yaklaşım, kimyasal çorbadan iletken elektrotlara dönüşümü güçlendirmek için elektrik veya kimyasal sinyaller kullanır, ancak bu zaplar aynı zamanda hasara da neden olur. 2020’de yapılan bir çalışma, işi yapan tasarlanmış bir enzim üretmek için solucanlardaki hücreleri genetik olarak değiştirerek bu sorunun üstesinden geldi, ancak yeni yöntem, genetik değişiklikler olmadan sonuçlarına ulaşıyor.
Berggren ve meslektaşlarının elektrotları bunun yerine vücutta zaten mevcut olan doğal bir enerji kaynağından yararlanır: şekerler. Jel kokteyli, hidrojen peroksit üretmek için şekerlerle – glikoz veya laktat – reaksiyona giren oksidazlar adı verilen moleküller içerir. Bu daha sonra kokteyldeki başka bir bileşeni, jeli iletken bir elektroda dönüştürmek için gereken katalizör olan hidrojen peroksidaz adı verilen bir enzimi aktive eder.
Çalışmaya dahil olmayan Pittsburgh’daki Carnegie Mellon Üniversitesi’nden biyomedikal mühendisi Christopher Bettinger, “Yaklaşım, teknik zorlukların çoğunun üstesinden gelmek için zarif kimyadan yararlanıyor” diyor.
Tekniği test etmek için araştırmacılar kokteyli şeffaf zebra balığının beyinlerine, kalplerine ve kuyruk yüzgeçlerine enjekte ettiler. Jel, iletken hale geldiğinde maviye döner ve başarısının görsel bir okumasını verir.
Yine Linköping Üniversitesi’nden malzeme bilimcisi Xenofon Strakosas, “Güzel olan şey, onu görebilmeniz: Zebra balığının kuyruğu renk değiştiriyor ve mavinin iletken bir polimeri gösterdiğini biliyoruz” diyor. “Onu ilk gördüğümde ‘Vay canına, gerçekten işe yarıyor!’ diye düşündüm.”
Balıkların hiçbir kötü etkisi olmadığı görüldü ve araştırmacılar doku hasarına dair hiçbir kanıt görmediler. Ekip, kısmen disseke sülüklerde, yumuşak bir elektrot aracılığıyla bir sinire akım iletmenin kas kasılmalarına neden olabileceğini gösterdi. Sonuç olarak, bunun gibi cihazlar, geliştirilmekte olan çeşitli kablosuz teknolojilerle eşleştirilebilir.
Bununla birlikte, uzun vadeli implant performansı henüz belirlenmemiştir. Bettinger, “Gösteriler etkileyici,” diyor. “Görülecek olan elektrotun kararlılığı.” Zamanla vücuttaki maddeler elektrot malzemeleriyle reaksiyona girerek onu bozabilir ve hatta toksik maddeler üretebilir.
Çalışmaya dahil olmayan Stanford Üniversitesi’nden kimya mühendisi Zhenan Bao, ekibin hala elektrotların sinirleri ne kadar hassas bir şekilde uyarabileceğini iyileştirmesi gerektiğini söylüyor. O ve meslektaşları, genetik modifikasyonlar kullanarak elektrikli bileşenleri “büyütme” yolunu geliştirdiler. Bir tedavi için stimülasyonun ihtiyaç duyulan yerde yoğunlaşmasını sağlarken, akımın istenmeyen bölgelere sızmasını önlemenin önemli olacağını söylüyor.
Yeni çalışmada, farklı dokulardaki farklı şekerlerin nispi bolluğu, elektrotların tam olarak nerede oluştuğunu belirliyor. Ancak gelecekte, ana bileşenin bir bileşeni, hedeflemeyi çok daha kesin hale getirmek için belirli biyoloji parçalarına bağlanan öğelerle değiştirilebilir, diyor Berggren. “Şu anda bu malzemeleri doğrudan tek tek hücrelere bağlamaya çalıştığımız deneyler yapıyoruz.” Strakosas şunları söylüyor: “Hassasinliğin gerçekten önemli olduğu bazı uygulamalar vardır; çaba harcamamız gereken yer burasıdır.”