Een kruisachtige vorm helpt de elektroden van implanteerbare neurostimulatie-apparaten om meer lading te leveren aan specifieke delen van het zenuwstelsel, mogelijk verlenging van de levensduur van het apparaat, zegt onderzoek gepubliceerd in maart in Wetenschappelijke rapporten .

De vorm, genaamd "fractaal, " zou bijzonder nuttig zijn voor het stimuleren van kleinere gebieden, zoals diepe hersenstructuren of het netvlies, omdat het de omtrek maximaliseert binnen een kleiner oppervlak - waardoor de hogere resolutie wordt geboden die nodig is voor het herstellen van lichaamsfuncties en mogelijk maakt dat neurostimulatie-apparaten langer in het lichaam meegaan zonder op te laden.

"Er zijn uitdagingen bij het verkleinen van de grootte van deze elektroden, " zei Hyowon "Hugh" Lee, universitair docent biomedische technologie. "Als je ze te klein krimpt, dan kun je niet genoeg energie injecteren om het onderliggende substraat te kunnen activeren."

De industrie produceert momenteel cirkelvormige of rechthoekige elektroden voor apparaten voor neurostimulatie. "Er is echt geen reden om deze vormen te behouden, behalve het feit dat het de conventionele fabricagetechnieken gemakkelijker maakt, "Zei Lee. "Maar microfabricage maakt batchverwerking of zelfs meer schaalbare roll-to-roll fabricage mogelijk, waarin we de ontwerpvrijheid hebben om elk type elektrodeontwerp met een hoge resolutie te creëren om hun functionaliteit te verbeteren."

Lee's lab experimenteerde met andere vormen die beter lading konden injecteren met beperkingen voor de elektrodegrootte. De fractale vorm presteerde beter dan conventionele vormen en de "serpentine, " of slangachtige vorm, ook al heeft het een vergelijkbare verhouding tussen omtrek en oppervlakte als fractal. Dit kan zijn omdat de herhalende patronen van het fractale ontwerp de continue diffusie van ladingsoverdrachtssoorten beter vergemakkelijken, of reactanten, naar het platina-elektrodeoppervlak.

"Als je veel meer soorten naar het oppervlak verspreidt, het zorgt voor een snellere Faraday-ladingoverdracht van het elektrodeoppervlak, " zei Lee. De lading bereikt dan een drempel op neuronen om een ​​actiepotentiaal te activeren, of elektrochemisch signaal, een doel te stimuleren.

Omdat fractale ontwerpen ook een lagere impedantie hebben dan conventionele elektroden, ze zouden in de loop van de tijd meer lading op een elektrode-oppervlak kunnen injecteren en de levensduur van neurostimulatie-apparaten verlengen. "Als je minder last hebt, wat betekent dat het minder energie kost om hetzelfde effect te krijgen, dan wordt de vaste levensduur van de batterij van implanteerbare stimulatie-apparaten verbeterd, "zei Leen.

De volgende stap is het testen van de robuustheid en levensduur van fractal-ontworpen elektroden in vergelijking met conventionele vormen. Lee's lab onderzoekt ook het gebruik van het fractal-ontwerp om de gevoeligheid van apparaten zoals biosensoren te verbeteren. "Het doel zou zijn een betere controle van de stimulatie over de doelgebieden en een nauwkeuriger gerichte therapie, "zei Leen.