A new material developed by researchers at the Technion and the University of Chicago is expected to optimize medical treatments and accelerate the use of renewable energies
A new material developed in joint research at the Technion and the University of Chicago paves the way forRehabilitation of damaged nerve tissue וקיצוב לב על ידי מקור אור חיצוני לגוף. הקונספט הכללי: האור המוקרן לתוך הגוף (אינפרה-אדום) יפגע ביריעה מהחומר החדש, וזו תפעיל את רקמת העצב הפגועה או הלב. את המחקר שהתפרסם ב-Nature Materials הובילו ד"ר חמי רוטנברג מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון ופרופ' בוז'י טיאן מאוניברסיטת שיקגו.
Nerve tissues are the biological platform that conducts information between areas of the body. Most of them are found in the two control centers of the central nervous system: the brain and the spinal cord. Branching off from the central nervous system is the peripheral nervous system, which controls many aspects of activity, including muscle activation and the transmission of sensory information.
Damage to the peripheral nervous system can lead to limitations such as paralysis, numbness and chronic pain. Nerve tissues in this system can undergo regeneration, but this is slow and limited. However, certain medical interventions may allow some rehabilitation of them.
One of the solutions for treating damaged nerves is electrical stimulation (stimulation), the effectiveness of which has been demonstrated in many studies. The problem is that this method usually involves performing an invasive procedure that can damage the body's tissues.
הפיתוח שמציג ד"ר רוטנברג Nature Materials עשוי לייתר את השימוש בהחדרת אלקטרודות. חוקרי הטכניון ואוניברסיטת שיקגו ייצרו חומר חדש, מוליך למחצה, בתצורה של יריעה גמישה ואולטרה-דקה המתממשקת היטב עם רקמות ביולוגיות. הרעיון המודגם במאמר הוא שימוש ביריעה זו לעיטוף רקמת העצב הפגועה, או במקרה שמדובר בקיצוב לב – עיטוף של הלב עצמו. שלב זה יבוצע במסגרת הניתוח הנחוץ ממילא במקרה של פגיעות כאלה.
"הפיתוח שלנו הוא חומר פוטו-וולטאי, כלומר חומר הממיר אנרגיית אור לאנרגיה חשמלית המשפיעה על רקמת העצב," מסביר ד"ר רוטנברג. "במאמר אנחנו מדגימים את יעילות החומר החדש בשני הקשרים שונים – Heart rate and activation of the peripheral nervous system . בהקשר של טיפולי לב, לדוגמה, השימוש ביריעה כזאת יכול להאיץ שיקום אחרי ניתוח ולייתר את השימוש באלקטרודה זמנית המוחדרת ללב. מאחר שהיריעה שפיתחנו עשויה מחומר מבוסס סיליקון, המתפרק בגוף ללא אפקט רעיל כלשהו, אין צורך בפעולה כירורגית נוספת להוצאתה מהגוף."
The uniqueness of the material developed by the researchers is that it is a very unusual semiconductor, which has a property that is not usually found in a single material: a p-n junction interface, or diode.
Here is a brief explanation: Semiconductors are based on energy gaps that determine their level of conductivity. They are usually made of N-type materials, which contribute an electron to the material, and P-type materials, which take an electron from the material; The connection between the two materials creates an efficient interface called a p-n junction, which is the building block of electronic devices and solar cells.
The connection between the two materials Different It is a very complex technological challenge, hence the importance of the discovery presented in the new article: a diode made only of P-type, and the junction is made of normal silicon, and porous silicon!
ד"ר רוטנברג מספר כי החומר החדש נוצר באופן לא מתוכנן. "בטעות השתמשתי במעבדה בפינצטת מתכת המספקת לתהליך יוני ברזל – משהו שלא תכננתי שיקרה. יוני הברזל שימשו קקטליזטור ליצירת הננו חורים על פני השטח של הסיליקון."
לדברי ד"ר רוטנברג, החומר החדש מהווה Therapeutic window המאפשר לצוות הרפואי להשפיע מבחוץ על רקמות גופו של המטופל. גם מחוץ לתחום הרפואי צפוי הפיתוח החדש לתרום רבות ליישומים שונים, למשל בתחום האנרגיות המתחדשות. מאחר שמקורות אנרגיה מתחדשים כגון השמש הם הפכפכים, כלומר אינם פועלים בעוצמה קבועה לאורך היממה, אחסון האנרגיה הופך לאתגר מרכזי בקידום השימוש באנרגיות אלה. אחת המגמות בהקשר זה היא ייצור מימן באמצעות פירוק מים בכוח קרינת השמש, זאת משום שהמימן המיוצר מהווה מקור אנרגיה בר אחסון. ד"ר רוטנברג מעריך ומקווה שהחומר החדש שפיתח עם עמיתיו יאיץ את פיתוחם של התקנים סולאריים מתקדמים ויעילים יותר.
In the video: an isolated heart contracting spontaneously. On the wall of the heart you can see the silicon sheet on the right. By projecting light onto the sheet it is possible to change the heart rate in case of a rhythm problem. In a similar way, it is possible to influence limb movements using pulses of light. As mentioned, the intention is to use infrared light that penetrates through the body's tissues, however, in the video, visible (green) light is used to demonstrate the mechanism of action.
