Biyonik Teknolojide Söz Grafen'de: EGNIT

Nöroprotez teknolojileri, motor ve duyusal fonksiyon kaybı yaşayan bireylerin yaşam kalitesini artırmak için son yıllarda büyük gelişmeler göstermiştir. Sinir sistemine doğrudan bağlanarak sinir sinyallerini kaydedip uyarabilen cihazların geliştirilmesi, bu alandaki ilerlemelerin merkezindedir. 

Grafen ve karbon nanomalzemeler, bu süreçte önemli bir yer tutarken, EGNITE (Nöral Arayüz için Mühendislik Ürünü Grafen- Engineered Graphene for Neural Interface) gibi yenilikçi malzemeler, nörolojik arayüzlerde metal bazlı elektrotların yerini alabilecek potansiyel sunmaktadır. EGNITE’ın esnekliği, yüksek biyouyumluluğu ve elektriksel performansı, nöroprotezlerin uzun vadeli kullanımında büyük bir avantaj sağlar. Nanografi'nin grafen alanındaki alanlarını keşfedin ve inovasyonda bir sonraki adıma geçin!

Giriş

Nöroprotezler, sinir sistemine doğrudan bağlanarak, sinirlerin elektriksel aktivitelerini kaydedip uyarabilen cihazlar olarak tanımlanabilir. Bu cihazlar, beyin veya periferik sinir sistemi ile bağlantı kurarak, özellikle amputasyon geçirmiş veya sinir hasarı yaşayan bireylerde duyusal ve motor fonksiyonların geri kazanılmasına yardımcı olabilir. Ancak, geleneksel olarak kullanılan metal mikroelektrotlar, sert yapıları ve biyouyumluluk sorunları nedeniyle uzun süreli kullanımlarda çeşitli sorunlara neden olabilir. Bu noktada, grafen bazlı malzemelerin, özellikle EGNITE’ın, sunduğu avantajlar öne çıkmaktadır. EGNITE, nörolojik arayüzlerde daha esnek, dayanıklı ve biyouyumlu bir çözüm sunarak, sinir sistemi ile daha hassas bir bağlantı kurabilme imkânı sağlar.

EGNITE’ın Biyouyumluluğu ve Esnekliği

EGNITE, indirgenmiş grafen oksitten türetilmiş, mühendislik ürünü bir malzemedir ve sinir elektrotları için ileri düzeyde biyouyumluluk ve esneklik sağlar. EGNITE’ın polimid (PI) üzerine yerleştirilmiş yapısı, esnek mikrolektrot dizilerinin üretilmesine olanak tanır. Bu yapının sinir dokusu ile uyumu, uzun süreli implantasyonlar sırasında sinir liflerine zarar vermeden işlevini sürdürebilmesine olanak tanır. Yapılan in vitro çalışmalarda, kortikal ve dorsal kök ganglion (DRG) hücrelerinin EGNITE kaplamalı yüzeylerde sağlıklı bir şekilde büyüdüğü ve yaşama oranlarının yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Bu bulgular, EGNITE’ın biyouyumluluğunu kanıtlamaktadır.

In vivo deneyler ise EGNITE’ın daha ileri aşamalarda nasıl bir performans sergilediğini ortaya koymuştur. Sıçanların siyatik sinirlerine implante edilen EGNITE elektrotları, uzun süre boyunca herhangi bir yabancı cisim reaksiyonu göstermemiş ve çevredeki dokularda iltihaplanmaya neden olmamıştır. Bu da EGNITE’yi uzun vadeli sinir implantları için uygun hale getiren önemli bir özelliktir. Ayrıca, EGNITE’ın esnek yapısı, sinir dokularının doğal hareketleriyle uyum sağlayarak, mekanik uyumsuzluktan kaynaklanan olası doku hasarlarını minimize eder.

Karbon Nanomalzemelerin Katkıları

Karbon nanotüpler (CNT), EGNITE gibi grafen türevli malzemelerle birlikte nöroprotez uygulamalarında öne çıkan bir diğer önemli materyaldir. CNT'ler, yüksek elektriksel iletkenlikleri ve esneklikleri sayesinde sinir aktivitelerinin hassas bir şekilde kaydedilmesini ve sinir liflerinin etkili bir şekilde uyarılmasını sağlar. Geleneksel metal bazlı elektrotların aksine, CNT tabanlı elektrotlar daha uzun süreli ve kararlı sinir kayıtları sunar, bu da kronik uygulamalar için büyük bir avantajdır.

Karbon nanotüplerin esnek ve hafif yapıları, nörolojik arayüzlerdeki biyomekanik uyumu artırarak, uzun süreli sinir stimülasyonu için uygun hale getirir. Ayrıca, CNT'lerin mikrometre boyutlarında üretilebilme yeteneği, mikroelektrot dizilerinin daha küçük, daha hassas ve daha yüksek çözünürlüklü hale getirilmesine olanak tanır. Bu, özellikle yüksek mekânsal çözünürlük gerektiren nörolojik uygulamalarda önemli bir avantaj sağlar. CNT’ler ve EGNITE’ın birlikte kullanımı, nöroprotezlerin performansını artırarak sinir sistemi ile daha etkili bir etkileşim sunar.

Polimer ve Karbon Nanomalzemelerin Birlikte Kullanımı

Polimerler, nörolojik arayüzlerde esnek ve biyouyumlu altlıklar sunarak karbon nanomalzemelerle birlikte ideal bir malzeme kombinasyonu oluşturur. Polimid (PI), grafen ve karbon nanotüpler gibi malzemelerle birleştirildiğinde, sinir dokularıyla doğrudan temas halinde olan esnek mikrolektrot dizilerinin üretilmesine olanak tanır. PI'nin termal stabilitesi ve esnek yapısı, uzun vadeli sinir implantlarında mekanik dayanıklılık sağlar. EGNITE’ın PI tabanlı elektrotlar üzerine entegre edilmesi, sinir sinyallerinin kaydedilmesi ve uyarılmasında yüksek performans sunarken, sinir dokuları ile uyumu artırır.

Bu uyum, nörolojik arayüzlerin vücutla daha iyi bir şekilde bütünleşmesini sağlar. Polimer tabanlı malzemeler, yabancı cisim reaksiyonlarını minimumda tutarak, implantların daha uzun süre sağlıklı bir şekilde işlev görmesine yardımcı olur. Böylece hem biyouyumluluğun hem de elektriksel iletkenliğin bir arada sağlandığı bir yapı oluşturulur.

Nöroprotezlerde EGNITE’ın İşlevselliği

EGNITE’ın sinir arayüzlerinde öne çıkan özelliklerinden biri, düşük akım gereksinimi ile sinir liflerini uyarma kapasitesidir. Geleneksel metal elektrotlara kıyasla, EGNITE ile yapılan stimülasyonlar daha düşük enerji tüketimi gerektirir. Bu, özellikle uzun vadeli implantasyonlarda sinir dokularını koruyarak sinir liflerinin sağlıklı kalmasını sağlar. EGNITE’ın yüksek yük enjeksiyon kapasitesi (2–5 mC cm−2) sayesinde, sinir uyarımları sırasında daha güçlü ve net sinyaller elde edilebilir.

Grafenin gözenekli yapısı, EGNITE elektrotlarının mikro boyutlarda üretilmesine olanak tanır. Bu da daha yüksek çözünürlüklü sinir kayıtlarının elde edilmesini sağlar ve sinir sisteminin detaylı haritalandırılmasına katkı sunar. Ayrıca, bu yapılar sinir sistemiyle daha doğrudan ve hassas bir etkileşim sağlayarak, nörolojik arayüzlerin etkinliğini artırır. EGNITE’ın bu özellikleri, gelecekte daha küçük ve daha verimli nöroprotezlerin geliştirilmesine olanak tanır.

EGNITE ve Karbon Nanomalzemelerin Geleceği

Grafen türevleri ve karbon nanotüpler, nöroprotez teknolojilerinde sinir sistemine daha hassas bir bağlantı sağlayarak, tedavi süreçlerini daha etkili hale getirmektedir. EGNITE’ın gelişimi, metal bazlı elektrotlara kıyasla daha yüksek biyouyumluluk ve esneklik sunarak, sinir sistemi ile daha uyumlu bir bağlantı sağlar. Sinir arayüzleri için geliştirilen bu yenilikçi malzemeler, sinir yaralanmaları yaşayan bireylerin yaşam kalitesini artırmayı ve nörolojik fonksiyonların geri kazanılmasını hedefleyen çözümleri mümkün kılar.

Bu malzemeler, sinir sistemine entegre olabilen daha küçük, esnek ve dayanıklı nöroprotezlerin geliştirilmesine olanak tanır. EGNITE ve CNT tabanlı elektrotlar, sinir hücreleri ile daha doğrudan ve uzun süreli bir etkileşim sağlayarak, nöroprotezlerin etkisini artırır. EGNITE’ın düşük enerji tüketimi ve uzun vadeli stabilitesi, gelecekte sinir arayüzlerinin daha geniş bir hasta popülasyonuna ulaşmasını sağlayacak ve nöroloji alanında çığır açıcı yeniliklere öncülük edecektir.

Sonuç

Grafen türevleri ve karbon nanomalzemeler, nöroprotez teknolojilerinde yeni bir dönem başlatarak, sinir arayüzlerinin işlevselliğini ve dayanıklılığını artırmıştır. EGNITE ve CNT gibi yenilikçi malzemeler, geleneksel metal elektrotların sınırlamalarını aşarak, daha etkili, güvenli ve uzun ömürlü çözümler sunmaktadır. Bu teknoloji, sinir sistemi ile hassas bir şekilde etkileşime geçebilen nöroprotezlerin geliştirilmesine katkı sunarak, nörolojik tedavilerin geleceğini şekillendirmektedir.

Grafenin ilgi çekici uygulamaları hakkında daha fazla bilgi edinmek için Blografi'yi ziyaret edin!

Kaynakça

Grafen: Üretimi, Özellikleri ve Kullanım Alanları - Nanografi Türkiye. (n.d.). Retrieved October 23, 2024, from https://shop.nanografi.com.tr/blografi/grafen-uretimi-ozellikleri-ve-kullanim-alanlari-/

Her Soruna Bir Çözüm Sunan Malzeme: Karbon Nanotüp - Nanografi Türkiye. (n.d.). Retrieved October 23, 2024, from https://shop.nanografi.com.tr/blografi/her-soruna-bir-cozum-sunan-malzeme-karbon-nanotup/

İndirgenmiş Grafen Oksit ve Uygulama Alanları - Nanografi Türkiye. (n.d.). Retrieved October 23, 2024, from https://shop.nanografi.com.tr/blografi/indirgenmis-grafen-oksit-ve-uygulama-alanlari/

Potansiyelin Ötesinde: Nanoteknolojide Polimer Malzemeler - Nanografi Türkiye. (n.d.). Retrieved October 23, 2024, from https://shop.nanografi.com.tr/blografi/potansiyelin-otesinde-nanoteknolojide-polimer-malzemeler/

Rodríguez-Meana, B., del Valle, J., Viana, D., Walston, S. T., Ria, N., Masvidal-Codina, E., Garrido, J. A., & Navarro, X. (2024). Engineered Graphene Material Improves the Performance of Intraneural Peripheral Nerve Electrodes. Advanced Science, 11(29). https://doi.org/10.1002/ADVS.202308689