Искусственный «лист» из Чикагского университета питает беспроводные медицинские устройства светом
Растительный лист — удивительный инженерный артефакт: без проводов и батарей он поглощает свет, преобразует его в химическую энергию и передаёт сигналы в ткани. Исследователи Чикагского университета (UChicago) решили воссоздать этот принцип для медицины. Созданный ими нанопласмонный «искусственный лист» способен стимулировать нервы и задавать ритм сердечной мышцы — полностью беспроводным способом, работая только на свете. Результаты опубликованы в журнале Nature Photonics 24 июня 2026 года.
Проблема, которую решает устройство
Современные биомедицинские импланты — кардиостимуляторы, нейростимуляторы, кохлеарные импланты — требуют либо провода для питания и передачи сигнала, либо встроенные батареи, которые необходимо менять хирургически. Это создаёт риски: провода могут травмировать ткани, а замена батарей — это повторная операция.
Нанопласмоника — класс материалов на основе крошечных металлических структур — предлагает принципиально иной путь. Наночастицы золота и другие наноструктуры способны поглощать свет и концентрировать его энергию, генерируя так называемые «горячие носители» — электроны с высокой кинетической энергией, которые могут совершать работу ещё до рассеивания тепла.
Как устроен «лист»
Авторы под руководством профессора Боджи Тяня из лаборатории химии UChicago и при участии аспиранта Пэнцзюя Ли разработали устройство, инспирированное тилакоидными мембранами растений — структурами внутри хлоропластов, где происходит перенос заряда при фотосинтезе.
«Искусственный лист» представляет собой сверхтонкую мембрану с самоорганизующимися трёхмерными наноструктурами из золота и диоксида титана (Au-TiO₂). Ключевые характеристики:
— Толщина менее 100 нанометров — значительно тоньше человеческого волоса — Работает при видимом свете обычной интенсивности — без концентраторов и лазеров — Генерирует локализованные «горячие» электроны, способные менять электрохимическое состояние прилегающих клеток — Линейно масштабируется по отклику в широком диапазоне интенсивности освещения
Что удалось сделать в эксперименте
В экспериментах на животных устройство было использовано для двух задач. Во-первых, стимуляция периферических нервов: «лист», помещённый рядом с нервной тканью, при облучении светом генерировал сигнал, вызывавший нервный импульс. Во-вторых, задание ритма сердечной мышцы: прибор был применён как беспроводной кардиостимулятор, синхронизируя сокращения сердечной ткани световым сигналом.
Помимо медицины, исследователи показали неожиданное применение: нанопласмонный «лист» может использоваться как платформа для распознавания световых паттернов. Пользователь взаимодействовал с экраном с помощью невидимого света (инфракрасного диапазона), а устройство регистрировало эти взаимодействия — потенциально более защищённый метод передачи информации, чем традиционные оптические интерфейсы.
«Эти материалы принципиально отличаются от других светочувствительных устройств, таких как фотовольтаика, — подчёркивает Пэнцзюй Ли. — Благодаря нашему дизайну мы увеличили способность наноструктур накапливать энергию, так что теперь они могут потенциально использоваться как новые формы терапии и в новых интерфейсах человек–компьютер».
Перспективы в медицине
Читайте также по теме: медицинских нанотехнологиях будущего.
В более широком контексте лаборатория Тяня ведёт параллельную работу над «минимально инвазивной биоэлектроникой» — классом устройств, способных взаимодействовать с тканями организма без разрезов и проводов. Искусственный «лист» вписывается в эту концепцию: он беспроводной, биосовместимый и не нуждается в элементах питания. В долгосрочной перспективе подобные устройства могут открыть возможности для терапии хронической боли, нарушений сердечного ритма и повреждений нервной системы — без имплантации традиционных электродов.
