В «Сириусе» на научно-технологической программе «Большие вызовы» участники направления «Природоподобные и нейротехнологии» трудились над разработкой нового полимерного электрода для миографии и электроэнцефалографии, который будет обладать лучшей электропроводностью и биосовместимостью с организмом. Это действующее исследование Курчатовского института, в которое эксперты решили включить участников программы. По итогам проекта школьники получили образцы полимерных гидрогелей на основе поливинилового спирта и каррагинана и провели первые тестирования своей разработки. В дальнейшем наставники и участники команды намерены выпустить научную публикацию, где представят результаты своей работы.
В настоящее время ученые Курчатовского института ведут разработку новых полимерных гелей для анализа электрической активности мозга. Такие исследования, как ЭЭГ и миография, помогают распознать признаки эпилепсии, различные неврологические проблемы, диагностировать причины головокружений, расстройств сна и другие патологии.
Во время миографии и ЭЭГ используются специальные приборы с электродами, которые крепятся к коже пациента и фиксируют электрическую активность мышц, нервов и головного мозга. Результаты выводятся в формате графиков для последующей интерпретации. Перед проведением данного тестирования на электроды наносят специальный гель, который усиливает контакт с кожей для лучшей проводимости. Ученые ищут способ, как повысить этот показатель и сделать исследование более комфортным для пациентов. Для этого эксперты разрабатывают новый полимерный гель, подбирают оптимальный состав и исследуют свойства. Эксперименты начались в Курчатовском институте и продолжились уже с участниками проекта на «Больших вызовах».
Первые тестирования полученного продукта показали положительный результат по ряду показателей.
«Наши гели состоят из полимеров – это поливиниловый спирт и каррагинан. И в качестве проводника мы добавляем в состав технический углерод. Первые тестирования показали, что наш гель помогает уменьшить возникающие во время исследования помехи. Новая формула позволяет получить более чистый звук. Также мы зафиксировали лучшую проводимость, и, что также немаловажно, само исследование становится более комфортным. Наш гель не такой вязкий, как существующие аналоги, он не оставляет следов на коже, не застревает в волосах, его формула гипоаллергенна – наши полимеры биосовместимы с организмом человека и не вызывают никаких негативных реакций. Мы только начали эту разработку, и участники “Больших вызовов” получили возможность включиться в задачу, которая прямо сейчас реализуется в нашем институте. Это научно-исследовательская работа именно в том виде, в котором проводится в реальных условиях», – рассказала руководитель проекта, лаборант-исследователь отдела нано-биоматериалов и структур лаборатории полимерных материалов Курчатовского института Кристина Базылева.
Участники проекта в рамках эксперимента получили несколько образцов гелей. Под руководством наставников ребята смешивали поливиниловый спирт, каррагинан и добавляли технический углерод в разных концентрациях. Полученные образцы заливали в чашки Петри, после чего для каждого образца проводили по четыре цикла замораживания и оттаивания, соблюдая все технологические требования. Визуально получалась тонкая пленочка, которую напитали физраствором и водой. Это и есть полимерный гель. В рамках эксперимента ребята работали с соотношением компонентов, чтобы провести сравнения – как разных образцов между собой, так и полученных гелей с уже существующими аналогами. Участники оценивали проводимость, легкость использования, механические свойства. Для проверки последнего показателя было проведено испытание на прочность на приборе – универсальной разрывной машине. В ходе еще одного эксперимента ребята отправились в лабораторию Университета «Сириус», где протестировали свою разработку с применением специальной шапочки с электродами для проведения ЭЭГ. Наработки, сделанные на программе, будут обобщены, а по результатам проекта подготовят научную публикацию, соавторами которой выступят участники проекта.
«На проекте я впервые работал с гидрогелями, со сложными полимерными структурами. При производстве гелей мы учились не только корректно рассчитывать формулу и экспериментировать с разными концентрациями технического углерода, но и оценивать результаты – кинетику набухания геля, его механические свойства и электропроводящие свойства полученных материалов. Было очень интересно видеть, как на деле применяется наша работка, а именно, как происходит считывание биометрических показателей. Раньше я не принимал участия в подобных исследованиях», – поделился впечатлениями 10-классник из Санкт-Петербурга Данила Тимофеев.
«Я очень люблю физику, математику, биологию, а недавно начала погружаться в химию. Мне очень нравится, что проект объединяет все эти дисциплины в единое целое. Очень здорово осознавать, что я включилась в настоящий действующий проект, который может принести пользу людям. Безусловно, очень важны практические навыки – поэтапное создание гелей, работа с самым передовым оборудованием, навыки взаимодействия в команде. Я мечтаю связать свою жизнь с научной деятельностью, и все эти навыки – та основа, которая позволит мне идти к своей цели», – говорит участница проекта, 8-классница из Орла Марина Новошинская.
«Я пришел в нейротехнологии из обычных технологий, и моя цель – серьезно заниматься химией. Мне повезло включиться в проект, который полностью отвечает моим целям. Мы разрабатываем полимерный электрод, который будет сочетать лучшие качества и будет максимально удобен в использовании. На проекте мы проходим весь цикл работы – серьезное погружение в теорию, лабораторная работа, где мы непосредственно создаем свой продукт, а также этап обработки результата и тестирования. После программы я намерен продолжить изучение химии и областей применения полимерных материалов, а также реализовывать собственные проекты», – поделился восьмиклассник Александр Кокорев из Ногинска.
