Teknologi Baru Membuat Implan Neural Biokompatibel dan Lebih Tahan Lama

Menyesuaikan elektronik dengan otak

Perangkat elektronik makin kecil, tetapi menghubungkannya langsung dengan jaringan saraf tetap sulit. Antarmuka otak–komputer dapat membantu merekam aktivitas saraf atau memberi kendali baru kepada orang dengan gangguan gerak dan komunikasi. Agar berguna dalam jangka panjang, implan harus dapat mengikuti gerakan jaringan, bekerja dengan sinyal biologis, dan bertahan di lingkungan tubuh yang basah.

Dua studi yang dibahas di sini menangani bagian berbeda dari tantangan itu: transistor organik lunak untuk merekam sinyal dan ketahanan sirkuit silikon. Hasilnya berasal dari pengujian bahan dan hewan; keduanya belum membuktikan bahwa implan tersebut siap dipakai bertahun-tahun pada manusia.

Implan otak yang lunak

Jaringan otak jauh lebih lunak daripada banyak komponen elektronik konvensional. Perbedaan sifat mekanis dapat mengganggu jaringan di sekitar alat. Cairan dan ion di dalam tubuh juga dapat merusak sirkuit. Karena itu, para peneliti mengembangkan komponen yang lebih lentur dan dapat berinteraksi dengan sinyal ionik sel saraf.

Elektronik berbasis polimer

Tim dari University of California, Irvine, dan Columbia University meneliti transistor elektrokimia organik yang dapat mengikuti bentuk permukaan jaringan. Rancangannya memakai polimer konduktif PEDOT:PSS dan pengaturan kontak yang asimetris untuk membentuk fungsi transistor komplementer. Penggunaan satu bahan konduktif utama dapat menyederhanakan rancangan; hal itu sendiri belum menjamin produksi massal atau keamanan klinis.

Dalam percobaan, komponen fleksibel tersebut dapat merekam aktivitas saraf pada hewan. Uji pada tikus yang bergerak bebas menunjukkan potensi untuk perangkat penelitian yang lebih ringan. Kesesuaian mekanis, respons jaringan, dan ketahanan jangka panjang masih perlu diuji untuk tiap rancangan implan.

University of California, Irvine menjelaskan rancangan dan hasil percobaan ini. Makalah penelitiannya berjudul Spatial control of doping in conducting polymers enables complementary, conformable, implantable internal ion-gated organic electrochemical transistors.

Ion dan sinyal saraf

Neuron menggunakan perubahan konsentrasi ion untuk menghasilkan sinyal listrik. Transistor elektrokimia organik dirancang agar perubahan ion di dekat perangkat memengaruhi respons elektroniknya. Pendekatan ini dapat membantu menghubungkan jaringan biologis dengan alat perekam tanpa menyamakan mekanisme kerja sel dan komputer.

Menjaga implan tetap berfungsi

Komponen lunak bukan satu-satunya persoalan. Sirkuit silikon yang mengolah sinyal juga perlu dilindungi dari cairan tubuh. Kegagalan lapisan pelindung bisa mengubah kinerja alat dan memaksa tindakan medis tambahan. Tim dari Delft University of Technology bersama mitra peneliti membandingkan dua jenis chip dan mempelajari perubahan lapisan pelindungnya dalam uji penuaan dipercepat serta implantasi pada hewan.

Perlindungan sirkuit silikon

Chip biasanya memiliki lapisan pasivasi, antara lain silikon oksida dan silikon nitrida. Peneliti juga menguji lapisan polidimetilsiloksana (PDMS), bahan silikon yang lentur tetapi tetap dapat dilewati kelembapan. Karena itu PDMS tidak boleh dianggap sebagai segel kedap air sempurna. Perbedaan proses pembuatan dan rancangan chip juga memengaruhi hasil.

Dalam kondisi pengujian, lapisan PDMS membantu melindungi beberapa bagian chip, sementara lapisan pada chip tanpa pelindung tambahan mengalami degradasi lebih cepat. Dua jenis chip menunjukkan ketahanan yang berbeda. Angka beberapa bulan hingga sekitar sepuluh bulan yang dilaporkan untuk kondisi tertentu bukan bukti bahwa semua implan akan bekerja selama itu, apalagi bertahan puluhan tahun di otak manusia.

Rincian metode dan batas hasilnya tersedia dalam makalah tentang usia pakai dan sifat pelindung sirkuit silikon serta penjelasan Delft University of Technology.

Kemungkinan penggunaan

Penelitian dan penyakit neurologis

Implan perekam yang lebih kecil dapat membantu peneliti mempelajari aktivitas otak pada model hewan. Di bidang medis, antarmuka saraf sedang diteliti untuk membantu komunikasi atau kendali perangkat pada sebagian pasien dengan kelumpuhan. Penerapan untuk Alzheimer, Parkinson, ALS, depresi, gangguan bipolar, atau skizofrenia memerlukan bukti tersendiri. Dua studi bahan ini tidak menunjukkan terapi yang efektif untuk penyakit tersebut.

Antarmuka otak–komputer

Tujuan yang sedang diteliti meliputi pengendalian kursor, alat bantu, atau sistem komunikasi melalui sinyal saraf. Contoh penelitian antarmuka otak–komputer menunjukkan beberapa kemungkinan tersebut. Mengendalikan tubuh robot dari jarak jauh, menerima data langsung ke otak, atau memakai eksoskeleton hanya dengan pikiran tetap merupakan skenario yang jauh lebih spekulatif dan tidak dibuktikan oleh kedua studi ini.

Jika suatu hari implan terhubung dengan komputer secara terus-menerus, perlindungan data, keamanan perangkat, pemeliharaan, dan persetujuan pasien akan menjadi bagian penting dari penggunaannya. Risiko tersebut harus dinilai sesuai rancangan sistem yang benar-benar dikembangkan.

Berinvestasi dalam teknologi implan

Perusahaan alat kesehatan, sensor, dan elektronika dapat terlibat dalam pengembangan antarmuka saraf. Namun keberhasilan transistor atau lapisan pelindung di laboratorium tidak dengan sendirinya menghasilkan pendapatan ataupun menjamin keberhasilan suatu saham. Investor perlu menilai produk yang telah disetujui, hasil klinis, laporan keuangan, dan risiko regulasi setiap perusahaan.

Paparan sektor yang lebih luas dapat diteliti melalui dana seperti iShares U.S. Medical Devices ETF (IHI) atau SPDR S&P Health Care Equipment ETF (XHE). Kepemilikan dana dan ketentuannya dapat berubah. Lihat pula daftar saham alat kesehatan dan perusahaan antarmuka otak–komputer untuk riset lanjutan.

Contoh perusahaan: Philips

Philips menjual berbagai perangkat kesehatan, termasuk sistem pencitraan dan pemantauan. Pengalaman perusahaan di bidang sensor dan perangkat medis dapat relevan bagi riset antarmuka saraf. Namun artikel ini tidak menunjukkan bahwa Philips mengembangkan transistor dari studi di atas, memiliki implan otak yang disetujui, atau akan memimpin pasar tersebut.

Perusahaan juga menawarkan solusi kesehatan terhubung dan layanan pengembangan perangkat bagi mitra. Kesesuaian teknologi ini dengan implan di masa depan masih harus dibuktikan melalui pengujian, persetujuan regulasi, dan penerapan nyata. Prediksi pertumbuhan perusahaan dari hasil dua studi laboratorium tidak dapat ditarik secara langsung.

Referensi studi

1. Wisniewski, D. J., dkk. (2025). Spatial control of doping in conducting polymers enables complementary, conformable, implantable internal ion-gated organic electrochemical transistors. Nature Communications, 16, 517.
2. Nanbakhsh, K., dkk. (2025). On the longevity and inherent hermeticity of silicon-ICs: evaluation of bare-die and PDMS-coated ICs after accelerated aging and implantation studies. Nature Communications.