Исследователи из Медицинской школы Перельмана и Инженерной школы Пенсильванского университета и Детской больницы Филадельфии использовали графен - двумерную форму углерода толщиной всего в один атом - для изготовления нового типа микроэлектрода, который решает серьезную проблему для исследователей, стремящихся разобраться в сложных схемах мозга.
Отображение кальция нейронов в срезе гиппокампа крысы через прозрачный графеновый электрод. Черный квадрат в центре - это прозрачный графеновый электрод, а нейроны показаны зеленым. Желтые кривые показывают типичный пример электрофизиологических записей с графеновым электродом. (Хадзиме Такано и Дуйгу Кузум)
Заголовок графеновой матрицы: Фотография 16-электродной прозрачной матрицы. На вставке - увеличенное изображение области электрода. Слабые квадраты - записывающие электроды. (Дуйгу Кузум и Юиджа Шим)
Ссылки по теме
Медицинский факультет Перельмана при Пенсильванском университете
Система здравоохранения Пенсильванского университета
Определение деталей того, как отдельные нервные цепи работают при эпилепсии и других неврологических расстройствах, требует наблюдения в реальном времени за их местоположением, схемами возбуждения и другими факторами с использованием оптических изображений с высоким разрешением и электрофизиологической записи. Но традиционные металлические микроэлектроды непрозрачны, закрывают обзор врачу и создают тени, которые могут скрыть важные детали. В прошлом исследователи могли получать либо оптические изображения с высоким разрешением, либо электрофизиологические данные, но не то и другое одновременно.
Центр нейроинжиниринга и терапии (CNT) под руководством старшего автора Брайана Литта, доктора философии , решил эту проблему с разработкой полностью прозрачного графенового микроэлектрода, который позволяет одновременно получать оптические изображения и электрофизиологические записи нервных цепей. Их работа была опубликована на этой неделе в Nature Communications .
«Есть технологии, которые могут дать очень высокое пространственное разрешение, например, визуализация кальция; есть технологии, которые могут дать высокое временное разрешение, например электрофизиология, но нет единой технологии, которая могла бы обеспечить и то, и другое», - говорит соавтор исследования Дуйгу Кузум. , доктор философии . Вместе с соавтором Hajime Таканна, доктором философией , и их коллегами, Kuzum отмечает , что команда разработала технологию neuroelectrode на основе графена для достижения высокого пространственного и временного разрешения одновременно.
Помимо очевидных преимуществ своей прозрачности, графен предлагает и другие преимущества: «Он может действовать как антикоррозийное средство для металлических поверхностей, устраняя все коррозионные электрохимические реакции в тканях», - говорит Кузум. «Это также изначально малошумящий материал, что важно для нейронной записи, потому что мы стараемся получить высокое отношение сигнал / шум».
Хотя ранее были предприняты попытки создать прозрачные электроды из оксида индия и олова, они дороги и очень хрупки, что делает это вещество непригодным для массивов микроэлектродов. «Еще одно преимущество графена в том, что он гибкий, поэтому мы можем делать очень тонкие и гибкие электроды, которые могут обнимать нервную ткань», - отмечает Кузум.
В ходе исследования Литт, Кузум и их коллеги выполнили визуализацию кальциевых срезов гиппокампа на модели крыс с помощью конфокальной и двухфотонной микроскопии, а также провели электрофизиологические записи. На уровне отдельных клеток они могли наблюдать детали припадков и сходной с ними активности во времени с очень высоким разрешением. Команда также отмечает, что одноэлектродные методы, использованные в исследовании Nature Communications, могут быть легко адаптированы для изучения других более крупных областей мозга с более обширными массивами.
