Исследователи преодолели грандиозную задачу производства масштабируемых массивов нанозондов, достаточно малых, чтобы регистрировать внутреннюю работу сердечных клеток человека и первичных нейронов.
Способность считывать электрическую активность клеток является основой многих биомедицинских процедур, таких как картирование активности мозга и нейронное протезирование. Разработка новых инструментов для внутриклеточной электрофизиологии (электрический ток, протекающий внутри клеток), которые раздвигают границы того, что физически возможно (пространственно-временное разрешение) при одновременном снижении инвазивности, может обеспечить более глубокое понимание электрогенных клеток и их сетей в тканях, а также новые направления для человеко-машинный интерфейс.
В статье, опубликованной Nature Nanotechnology, ученые из Суррейского института передовых технологий (ATI) и Гарвардского университета подробно описывают, как они создали массив сверхмалых U-образных полевых транзисторных зондов с нанопроволокой для внутриклеточной записи.
Эта невероятно маленькая структура использовалась для записи с большой четкостью внутренней активности первичных нейронов и других электрогенных клеток, а устройство способно вести многоканальную запись.
Д-р Юньлун Чжао из ATI Университета Суррея сказал: «Если наши медицинские работники хотят и дальше понимать наше физическое состояние лучше и помогать нам жить дольше, важно, чтобы мы продолжали расширять границы современной науки, чтобы дать им лучшие инструменты для выполнения своей работы.
Чтобы это стало возможным, неизбежно пересечение людей и машин.
«Наши сверхмалые, гибкие датчики на основе нанопроволоки могут быть очень мощным инструментом, поскольку они могут измерять внутриклеточные сигналы с амплитудами, сравнимыми с амплитудами, измеренными с помощью методов фиксации патч-зажима; благодаря тому преимуществу, что устройство масштабируемо, оно вызывает меньше дискомфорта и не приводит к смертельному ущербу. в клетку (расширение цитозоля). Благодаря этой работе мы нашли четкие доказательства того, как размер и кривизна влияют на интернализацию устройства и внутриклеточный сигнал записи."
Профессор Чарльз Либер с факультета химии и химической биологии Гарвардского университета сказал: «Эта работа представляет собой важный шаг к решению общей проблемы интеграции« синтезированных »наноразмерных строительных блоков в масштабные массивы микросхем и пластин, что позволяет нам решать давняя проблема масштабируемой внутриклеточной записи.
"Красота науки для многих, в том числе и для нас, заключается в том, что они сталкиваются с такими трудностями при построении гипотез и будущей работы. В более долгосрочной перспективе мы видим, что эти разработки зондов расширяют наши возможности, которые, в конечном итоге, управляют продвинутыми интерфейсами мозг-машина с высоким разрешением и, возможно, в конечном итоге превращают киборгов в реальность."
Профессор Рави Силва, директор ATI Университета Суррея, сказал: «Эта невероятно захватывающая и амбициозная работа демонстрирует ценность академического сотрудничества. Наряду с возможностью обновления инструментов, которые мы используем для мониторинга ячеек, эта работа заложила основы для машинного и человеческого интерфейсов, которые могут улучшить жизнь людей во всем мире."
Доктор Юньлун Чжао и его команда в настоящее время работают над новыми устройствами накопления энергии, электрохимическими исследованиями, биоэлектронными устройствами, датчиками и трехмерными мягкими электронными системами.
Студенты, аспиранты и аспиранты, имеющие опыт работы в области накопления энергии, электрохимии, нанотехнологий, биоэлектроники, тканевой инженерии, могут связаться с доктором Чжао для дальнейшего изучения возможностей.