Ilmuwan Israel telah mengembangkan sensor implan bertenaga sendiri yang suatu hari nanti bisa mengembalikan sensasi taktil ketika saraf rusak. Dalam sebuah makalah yang diterbitkan dalam jurnal ACS Nano, para peneliti menguji perangkat efek triboelektrik pada tikus dengan saraf terputus di kaki kiri mereka. Perangkat berhasil memulihkan sensitivitas anggota badan hewan pengerat.
Hilangnya sensasi taktil umum terjadi pada orang dengan kerusakan saraf perifer, yang mempengaruhi 2,8 persen pasien cedera. Saat ini, standar emas untuk perbaikan saraf adalah rekonstruksi saraf bedah seperti allotransplantasi saraf. Namun, rekonstruksi saraf yang berhasil hanya dapat dilakukan dalam dua tahun pertama setelah cedera, terlebih lagi, kelangsungan hidup organ target penting. Tetapi bahkan jika kondisi ini terpenuhi, kemungkinan keberhasilannya rendah.
Cara alternatif untuk mengembalikan sensasi taktil adalah pengembangan neuroprostheses. Namun, teknologi neuroprostetik yang tersedia memiliki kelemahan yang signifikan, termasuk kompleksitas penggunaan dan pembuatan, dan kebutuhan akan sumber daya eksternal. Sebagian besar antarmuka eksperimental untuk merasakan tangan palsu terhubung ke saraf perifer. Selama pelatihan, stimulasi mereka mengarah pada pembentukan koneksi saraf baru di otak, yang menerjemahkan sinyal dari sensor prostesis menjadi sensasi taktil. Sensasi seperti itu, sebagai suatu peraturan, jauh dari alami dan menyerupai sensasi kesemutan atau kesemutan. Selain itu, antarmuka tersebut memerlukan koneksi yang tidak terganggu antara saraf perifer dan korteks serebral.
Sekarang, tim peneliti dari Universitas Tel Aviv yang dipimpin oleh Iftach Shlomy telah mengusulkan penggunaan nanogenerator triboelektrik untuk memulihkan indera peraba. Perangkat semacam itu didasarkan pada penggunaan efek triboelektrik - munculnya arus listrik dalam suatu material sebagai akibat dari gesekan. Secara khusus, para peneliti menamai perangkat yang mereka kembangkan TENG-IT. Ini terdiri dari dua lapisan yang diendapkan pada lapisan tipis emas yang berfungsi sebagai elektroda. Polydimethylsiloxane dipilih sebagai bahan bermuatan negatif, dan nilon dan selulosa asetat butirat diuji sebagai lapisan bermuatan positif, karena keduanya fleksibel, biokompatibel, dan dapat menghasilkan potensi listrik yang tinggi. Tegangan keluaran yang lebih tinggi (0,97 volt) diamati dengan selulosa asetat butirat dibandingkan dengan nilon (0,73 volt). Selain itu, selulosa asetat butirat ditemukan menjadi bahan yang lebih stabil.
Ketika perangkat ditanamkan di bawah kulit, itu mengubah tekanan yang diberikan padanya menjadi potensi listrik, yang ditransmisikan melalui elektroda manset ke saraf yang berdekatan yang tidak rusak, yang, pada gilirannya, mengirimkan sinyal ke otak. Para ilmuwan menguji daya tahan perangkat dengan lebih dari setengah juta klik dan simulasi kondisi biologis selama 26 hari.
Para ilmuwan kemudian mendemonstrasikan pengoperasian sensor (5 × 5 milimeter) in vitro, menunjukkan bahwa perangkat tersebut mampu menginduksi aktivitas listrik di neuron ganglia tulang belakang, dan bahwa tingkat aktivitas ini tergantung pada tingkat tekanan yang diberikan.. Kemudian para ilmuwan beralih ke eksperimen in vivo. Untuk melakukan ini, mereka menanamkan transduser pada tikus yang saraf tibialis distal di kaki kirinya terputus. Bagian ujung saraf tibialis distal tidak penting untuk fungsi motorik, sehingga diasumsikan bahwa kerusakan tersebut hanya akan mengurangi sensitivitas dan tidak akan mengganggu pergerakan hewan. Untuk membuat perangkat lebih sesuai dengan bentuk cakar tikus, para ilmuwan membuatnya dalam bentuk segitiga dengan luas 24 milimeter persegi.
Para peneliti membagi sembilan tikus betina menjadi tiga kelompok. Subyek dari kelompok pertama tidak menjalani prosedur apapun, tikus dari kelompok kedua mengalami pemotongan saraf, dan hewan pada kelompok ketiga juga mengalami pemotongan saraf, tetapi perangkat TENG-IT ditanamkan ke anggota tubuh yang terluka. Setelah tikus pulih dari operasi, para ilmuwan memastikan bahwa hewan-hewan itu tidak kehilangan kemampuan untuk bergerak dan melangkah secara normal.
Para ilmuwan kemudian mengukur sensitivitas cakar tikus dari semua kelompok. Sensitivitas dinilai dengan memaparkan cakar ke benang von Frey dengan kekakuan yang berbeda (kekuatan lentur benang adalah dari 2 hingga 15 gram). Sebuah kekuatan yang meningkat diterapkan ke kaki tikus dari bawah, dan segera setelah tikus merasakan kekuatan, ia mengangkat cakarnya. Hewan dengan sensasi taktil fungsional biasanya merespons sejumlah kecil kekuatan, sementara tikus tanpa sensasi taktil hanya merespons nilai kekuatan yang jauh lebih tinggi. Perlu dicatat bahwa bahkan tikus dengan saraf yang terputus pada akhirnya akan merespon rangsangan, karena tingkat kekuatan yang tinggi tidak hanya akan mempengaruhi anggota tubuh yang terluka.
(a) Representasi skematis dari saraf di kaki belakang tikus; (b) gambar implantasi bedah TENG-IT di kaki tikus; (c) Persentase waktu yang dihabiskan tikus dari semua kelompok dengan kaki belakangnya selama satu menit (skor fungsi motorik); (d) alat untuk mengukur sensitivitas ekstremitas; (f) hasil uji kepekaan.
Ternyata kelompok hewan kontrol menanggapi kekuatan tingkat rendah (2,69 ± 0,12 gram), sedangkan tikus dari kelompok kedua (dengan saraf terputus) hanya bereaksi terhadap kekuatan tingkat tinggi (14,12 ± 2,53 gram). Tikus dengan saraf yang rusak yang ditanamkan transduser merespons kekuatan yang jauh lebih sedikit (3,99 ± 3,54 gram) dibandingkan dengan tikus tanpa transduser. Selain itu, hasil ini sebanding dengan hasil hewan dari kelompok kontrol.
Pada tahun 2016, ilmuwan Amerika menciptakan prostesis tangan dan antarmuka saraf yang memungkinkan orang yang lumpuh total untuk menyentuh benda. Tidak seperti banyak prostesis tangan, itu tidak terhubung ke saraf perifer tangan, tetapi langsung ke area korteks serebral yang bertanggung jawab atas sensitivitas sentuhan di tangan. Setelah periode adaptasi dan pelatihan, pasien dapat mengenali dengan benar sentuhan jari pada hampir 100 persen kasus. Menurutnya, terkadang sensasinya menyerupai aksi arus atau tekanan listrik, tetapi dalam banyak kasus ia merasakan sentuhan dan tekanan yang mendekati alami.
