Química superficial de implantes neurales
Como con cualquier material implantado en el cuerpo, es importante minimizar o eliminar la respuesta a cuerpo extraño y maximizar la integración efectiva. Los implantes neurales tienen el potencial de aumentar la calidad de vida de los pacientes con discapacidades como el Alzheimer , el Parkinson , la epilepsia , la depresión y las migrañas . Con la complejidad de las interfaces entre un implante neural y el tejido cerebral, se producen reacciones adversas como la encapsulación de tejido fibroso que dificulta la funcionalidad. Las modificaciones de la superficie de estos implantes pueden ayudar a mejorar la interfaz tejido-implante, lo que aumenta la vida útil y la eficacia del implante.
Los electrodos intracraneales consisten en conjuntos de electrodos conductores implantados en un polímero o silicio, o un electrodo de alambre con una punta expuesta y aislamiento en todas partes donde no se desea estimulación o registro. La biocompatibilidad es esencial para todo el implante, pero se presta especial atención a los electrodos reales, ya que son el sitio que produce la función deseada.
Un problema fisiológico principal que sufren los electrodos implantados a largo plazo actuales son las encapsulaciones gliales fibrosas después de la implantación. Esta encapsulación se debe a la escasa biocompatibilidad y bioestabilidad (integración en la interfaz del electrodo duro y el tejido blando ) de muchos electrodos neurales que se utilizan en la actualidad. La encapsulación provoca una intensidad de señal reducida debido al aumento de la impedancia eléctrica y la disminución de la transferencia de carga entre el electrodo y el tejido. La encapsulación provoca una disminución de la eficiencia, el rendimiento y la durabilidad.
La impedancia eléctrica es la oposición al flujo de corriente con un voltaje aplicado, generalmente representado como Z en unidades de ohmios (Ω). La impedancia de un electrodo es especialmente importante ya que está directamente relacionada con su eficacia. Una impedancia alta provoca una transferencia de carga deficiente y, por lo tanto, un desempeño deficiente del electrodo para estimular o registrar el tejido neural . La impedancia del electrodo está relacionada con el área superficial en la interfaz entre el electrodo y el tejido. En los sitios de los electrodos, la impedancia total está controlada por la capacitancia de doble capa . [1]El valor de la capacitancia está directamente relacionado con el área superficial. El aumento del área superficial en la interfaz electrodo-tejido aumentará la capacitancia y, por lo tanto, disminuirá la impedancia. La siguiente ecuación describe la relación inversa entre la capacitancia y la impedancia.
donde i es la unidad imaginaria, w es la frecuencia de la corriente, C es la capacitancia y R es la resistencia.
Un electrodo deseable tendría una impedancia baja, lo que significaría un área de superficie más alta. Un método para aumentar esta área es recubrir las superficies de los electrodos con una variedad de materiales. Se están investigando muchos materiales y técnicas nuevos para mejorar el comportamiento de los electrodos neurales. Actualmente, se están realizando investigaciones para aumentar la biocompatibilidad e integración de electrodos en el tejido neural; esta investigación se analiza con más detalle a continuación.
