Klas Tybrandt

– Vanlig elektronik är inte anpassad för att vara ett gränssnitt mot mänsklig vävnad, säger Klas Tybrandt.

”Mjuk” betyder här formbar, elastisk, komprimerbar, tänjbar. Plastelektronik – som kollegor på samma labb jobbat länge med – kan ha viss flexibilitet. Men plast är stelt, gör motstånd och går sönder om man töjer det. Och det sliter på vävnaden om du försöker koppla det mekaniskt till kroppen.

Ett av mjuka gruppens projekt är ett gränssnitt till centrala och perifera nervsystemet. Det är en tunn, elastisk halvcentimeter bred remsa i silikongummi innehållande 32 parallella ledare av en metallnanokomposit.

Ena änden är ett miniatyriserat kontaktdon till en förstärkare. Den andra änden exponerar de 32 ledarna i varsin platinapläterad öppning med en diameter på 50 µm, ordnade i en 4 × 8-matris med 200 µm mellanrum.

Denna ”flatkabel till nervsystemet” togs fram i samarbete med ETH Zürich och visade sig fungera i tre månader implanterat i en råtthjärnas känselcentrum. Kontakten probade den elektriska potentialen i de 32 punkterna utan att skada vävnad eller stötas bort.

Me­tall­kom­po­si­ten utgörs av tunna guldbelagda nanotrådar i titanoxid. De behåller sin låga resistans även när remsan är utsträckt i sin dubbla längd.

Ofta mäts hjärnaktivitet med EEG via elektroder som mäter spänninng fästa i hårbotten. Men upplösningen vid EEG blir inte lika bra som kompositremsans direktkontakt med hjärnvävnaden, även om inte heller den mäter enskilda nervceller utan liksom EEG bara registrerar aktivitet från kluster av hjärnceller.

En framtida tillämpning för remsan skulle kunna vara att spana efter tecken på epileptiska anfall. Eller att utreda hur hjärnan är skadad efter en skallfraktur. Eller ännu mer fantasieggande – att styra proteser.

Antalet ledare och geometrin i kontakten skulle utformas efter tillämpningen. Eventuell kommersialisering av denna typ av ”hjärnkontakt” ligger dock relativt långt bort.

– Den här typen av system kan komma börja användas inom en fem- till tioårsperiod, om jag skulle gissa.

Man kan också vända på steken och låta kontakten mata elektricitet, till exempel för att stimulera skadade nerver att växa. Här har gruppen ett pågående forskningsprojekt med Hand- och plastikkirurgiska kliniken på Universitetssjukhuset i Linköping. Gränssnittet är trådlöst uppkopplat och ska stimulera nerver i hand över månader.

Just nu genomgår remsan en lätt produktionsanpassning. En amerikansk forskargrupp vill ha hundratals exemplar och det skulle vara ett svettigt jobb med nuvarande renrumsprocess.

Gruppen försöker också göra kompositen stabilare och ge den bättre ledningsförmåga.

I en vidareutveckling av den mjuka kompositkontakten skulle kontaktpunkterna kunna få bättre signalkvalitet genom att förses med varsin förstärkare i ett plastmaterial som gruppen anpassar från tidigare forskning på Labbet för organisk elektronik och nu arbetar med att göra mjukt.

Detta plastmaterial är alltså en halvledare och en annan möjlig tillämpning är att använda den som termoelement. Materialet trivs dessutom bra i vätska – som ju kroppen är full av, vilket öppnar ytterligare möjligheter till integrering.

Kompositkontakten implanteras vilket är en komplex procedur som kommersiellt har flera år kvar till mognad.

Men gruppen arbetar även med teknik för att ansluta elektronik utanpå huden och här finns redan ett samarbete med startuppföretaget PU Sensors och institutet Rise Acreo för att försöka få fram en produkt.

Det handlar om ett mjukt mönsterkort som skapas genom att töjbara ledare av en komposit av silverpartiklar trycks på ett gummisubstrat. Små LED:er och fotodioder ytmonteras med ledande lim som är anisotropt (leder endast vertikalt).

Detta mjuka kretskort blir en lapp som fästs på huden och dynamiskt kartlägger blodflödet inne i vävnaden – vilket avslöjas av LED-ljusets reflektion mot huden.

Poängen med elasticiteten är att den ger en bra kontakt utan glapp. Diodsensorerna stannar vid samma punkt på huden när lappen deformeras av kroppens rörelser.

En tillämpning kan vara att upptäcka risken för trycksår, som är ett stort folkhälsoproblem. Och Klas Tybrandt tror att när tekniken väl är klar kommer experter att upptäcka fler möjligheter inom sina egna domäner.

– Löser man de grundläggande generella materialproblemen så finns det säkert en hel hög med andra tillämpningar.