2017. január: jegyzet, portré, agykutatás, tudomány, agrárium, genomika, innováció, hulladékgazdálkodás, zöldkörnyezet, vízgazdálkodás, kiállítás/konferencia, építés, it

Mérnökökre is süt a NAP

A 2014-ben indított Nemzeti Agykutatási Program (NAP) mintegy 12 milliárd forint pályázati pénzt biztosít a már meglévő (A alprogram) vagy éppenséggel újonnan alakuló (B alprogram) idegélettani kutatócsoportok számára. A neurológus, farmakológus vagy biológus teamek között érdekes kivételnek számít az MTA Energiatudományi Kutató­központjának Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézetében működő Implantálható Mikrorendszerek Kutatócsoport, amely kizárólag mérnökökből áll. A csoport vezetője, Fekete Zoltán PhD beszélt a részletekről.


Fekete Zoltán

A 32 éves villamosmérnök a Frei­bur­gi Egyetem Humboldt-ösztöndíjas posztdoktoraként pályázott és nyerte el a program támogatását, kutatócsoportja pedig 2015 márciusában kezdhette meg működését. A biológus szemszögből nézve újszerű tématerület pályázati sikere természetesen nem a véletlen műve, hiszen a NAP B alprogramjának kiemelt céljai között szerepelt az idegtudomány határterületein tevékenykedő, illetve külföldről hazatérő kutatók bevonása.
Fekete Zoltán a frissiben megalakult csoport egyik fontos feladatának tartja, hogy bizonyítsa létjogosultságát az agykutatásban, és hozzájáruljon a hazai bionikai kutatások megalapozásához. Szinte „kakukktojásnak” számítanak a rendszerben, hiszen a B alprogram 31 projektje közül ők az egyetlen kifejezetten anyagtudományi és technológiai területen működő csapat.

A csoport implantálható mikrooptikai rendszerek kutatásával és fejlesztésével foglalkozik, ami főleg olyan újszerű, multifunkciós érzékelőket (szenzorokat) és beavatkozókat jelent, amelyeket a neurobiológusok beültetnek a kísérleti állatok (leginkább rágcsálók) testszövetébe. Hasonló szenzorok már léteztek korábban is, azonban a mikro- és nanotechnológia rohamos fejlődésével egészen új perspektívák nyílnak meg egyedi agy-gép interfészek előállításához, amelyek egyre kisebb implantátumok, egyre több egyedi idegsejt, illetve idegsejt-populáció aktivitásának részletgazdagabb megfigyelését teszik lehetővé. A kutatócsoport által létrehozott integrált szenzorokban egy hajszálvékony elektródán sok érzékelő és beavatkozó funkció kap helyet, ezek révén minimálisan invazív beavatkozással a legtöbb információt nyerhetik ki a kísérleti állatok agyából.

Egy-egy ilyen szenzor kifejlesztését természetesen intenzív csapatmunka előzi meg: a mérnökök és a kísérleti kutatásokat végző neurobiológusok folyamatosan egyeztetnek a beültetendő mikromechanikai szenzorok anyagáról, toxicitásáról, specifikációjáról, hosszú távú hatásairól. Próbálják megtalálni a közös nyelvet, amelyet mind a ketten ismernek. Elvégre a biológusok látják át az ideg­tudományi kutatások célját és azt is, hogy ehhez milyen segítséget adhat egy újszerű szenzor – a fejlesztés viszont a mérnökök feladata és felelőssége.

1. kép. (A) Idegszövetbe ültethető, lokális optikai stimulációra és elektromos idegi aktivitás elvezetésére alkalmas kísérleti elektród. (B) Az elektródrendszer részét képező szilíciumchip nagyított optikai mikroszkópos képe. A képek méretskálája: 10 mm (A) és 100 mikron (B). A rendszer részei: (1) szilícium-tűelektród, (2) nyomtatott huzalozású lemez, (3) elektromos csatlakozó, (4) optikai szál, (5) optikai csatlakozó, (6) a tűelektród felületére integrált fényvezető elem, (7) platinából készült elektromos mérőpontok

A projekt félidejében egyértelműen úgy tűnik, hogy a biológus–mérnök együttműködés gyümölcsöző, és teljesíthető mindaz, amit munkatervükben vállaltak. Fekete Zoltán az interdiszciplináris együttműködéseik kapcsán a legnagyobb eredménynek azt tartja, hogy olyan új kutatási irányok is kialakultak a közös munka során, melyek máris további sikeres pályázatok keretében folytatódhatnak. A mérnökcsoportnak már vannak kész, működő, csúcstechnológiai rendszerei, melyeket folyamatosan használnak, tesztelnek kísérleti állatok központi idegrendszeri vizsgálataihoz. Egyebek között az agy felszínére helyezhető, nagy térbeli felbontású, flexibilis elektródhálózatokat is előállítottak. Ezek segítségével különböző agykérgi területek aktivitását tudják egyszerre kutatni, akár egyéb agyi képalkotó módszerekkel kombinálva.

2. kép. (A) Rágcsáló agyfelszínéről készített nagy felbontású EEG-jel frekvenciaanalízise során készült jelteljesítmény-spektrum gyógyszerhatóanyag-beadás előtt (piros szín) és után (kék szín). (B) A jel regisztrálásához felhasznált 32 csatornás, flexibilis polimer elektródhálózat. A méretskála 2 mm


A NAP pályázat keretében hippokampális és mélyagyi területek vizsgálatát és optikai elvű stimulációját biztosító mikrorendszerek technológiáját kutatják, korszerű anyagtudományi megközelítéseket alkalmazva. Az egyik legígéretesebb ilyen irányt képviseli egy prototípusszintig elkészült, szilíciumalapú, lézeres mikroeszköz, amely infravörös idegi stimulációra alkalmas.

A csoportvezető kiemelte, hogy a Csille­bércen rendelkezésükre álló, hazánkban egyedülálló, 300 négyzetméter alapterületű, tisztatéri technológiai infrastruktúra nélkül esélyük sem lett volna eredményesen szerepelni pályázatokon, és világszínvonalú kutatási eszközöket előállítani. Mindemellett fontosnak tartja a csoportot befogadó kutatóközpont vezetésének példaértékű nyitottságát és támogatását az új tématerület beindításához. Reményei szerint a közeljövőben a hazai idegtudomány metodikai fejlődésének egyik motorjává válhat az itt elérhető mikro- és nanotechnológiai bázis.•

 
Innotéka