Магнитоэлектрики – это материалы, обладающие способностью преобразовывать магнитные поля в электрические и ученые осознали возможность их использования для стимуляции нервов и лечения повреждений нервов и неврологических заболеваний. Сложность заключалась в том, что нейроны не могут должным образом реагировать на различные по частоте и форме электрические импульсы, которые возникают в результате преобразования магнитных импульсов в электрические.
Команда ученых из Университета Райса, во главе с нейроинженером Джейкобом Робинсоном, провела разработку первого магнитоэлектрического материала, который позволил не только решить эту задачу, но и преобразовывать магнитные поля в электрические намного быстрее, чем существующие материалы. Результаты исследования ученые опубликовали в журнале Nature Materials. Ученые в экспериментальных условиях на животных моделях показали, что созданный материал может быть использован для прицельной дистанционной стимуляции нейронов и позволяет устранить разрыв в поврежденном седалищном нерве.
Как считает автор исследования Робинсон, характеристики созданного материала могут значительно повлиять на методы нейростимуляции и процедуры могут стать менее инвазивными. Так материал позволит не проводить имплантацию устройства для нейростимуляции, а только вводить небольшое количество материала в необходимую область. Кроме того, созданный магнитоэлектрик может быть использован в различных областях, таких как вычислительная, сенсорная.
Исследователи начали разработку материала с использования магнитоэлектрика, который состоит из пьезоэлектрического слоя титаната свинца-циркония, зажатого между металлическими стеклянными сплавами с магниторестрикционными свойствами (Metglas).
Эти металлические слои обладают способностью вибрировать при воздействии магнитного поля.
Но основной проблемой было то, что нейроны не могут адекватно воспринимать быстрые и однородные сигналы, которые генерируются магнитоэлектриками. Таким образом, был необходим материал, который генерировал бы электрические сигналы, и они действовали бы на нейроны.
Ученые провели наслоение оксида гафния, оксида цинка и платины и накрыли ими исходную магнитоэлектрическую пленку.
Ученые тестировали созданный материал для стимуляции периферических нервов у крыс и были обнаружены потенциальные возможности использования материала в нейропротезировании, так как было показано, что он позволяет восстанавливать функции перерезанного нерва.
