Kvanttimateriaali aivojen kaveriksi

Perovskiitti-nikkelaatti on vahvasti korreloiva kvanttimateriaali ja se pystyy ?kuuntelemaan? aivoja tarttumalla atomeihin, joita aivot käyttävät kommunikoidessaan. (Purdue University image / Hai-Tian Zhang)

(24.4.2019) Mitä jos aivot voisivat havaita itseensä liittyvän sairauden?

Purduen yliopiston ja Argonne National Laboratoryn tutkijat ovat suunnitelleet uuden materiaalin, joka "ajattelee" kuin aivot, ja olisi siten herkempi neurologisten sairauksien, kuten Parkinsonin taudin varhaisten oireiden signaaleille.

Aivojen Lingua franca on ionien virtoja, jotka auttavat aivoja suorittamaan tietyn reaktion, jota tarvitaan jotain kehon ohjailuissa. Ionien havaitseminen tarkoittaa myös molekyylin konsentraation havaitsemista, mikä toimii aivojen terveyden indikaattorina.

Nature Communicationsissa julkaistussa tutkimuksessaan tieteilijät osoittavat kvanttimateriaalin kyvyn vastaanottaa automaattisesti vetyä, kun se asetetaan eläimen aivoviipaleen alle.

”Tavoitteena on silloittaa kuilu, siitä kuinka elektronit ajattelevat, joka tapahtuu elektronien kautta ja kuinka aivot ajattelevat, joka tapahtuu ionien kautta. Tämä materiaali auttoi meitä löytämään mahdollisen sillan”, sanoi Hai-Tian Zhang, tutkijatohtori Purduen teknillisestä korkeakoulusta.

Hyödyntäen aivojen kommunikointitapaa uusi materiaali on elektroniikan ja aivojen välinen portaali. Pitkällä aikavälillä tämä materiaali saattaa jopa tuottaa kyvyn ja hakea muistoja sitten kun luonnolliset aivotoiminnot alkavat heikentyä, toteavat tutkijat.

Tutkijat testasivat materiaalia kahdella molekyylillä: glukoosi, sokeri, joka on välttämätön energiantuotannossa ja dopamiini, kemiallinen lähettiläs, joka säätelee liikkumista, emotionaalisia vasteita ja muistia.

Koska dopamiinimäärät ovat aivoissa tyypillisesti pieniä ja vielä pienempiä Parkinsonin tautiin sairastuneilla, tämän kemikaalin havaitseminen on ollut vaikeaa. Dopamiinitasojen varhainen havaitseminen merkitsisi kuitenkin nopeampaa sairauden hoidon aloitusta.

”Tämä kvanttimateriaali on noin yhdeksän kertaa herkempi dopamiinille kuin menetelmiä joita nykyään käytetään eläinkokeissa, toteavat tutkijat.

Kvanttimateriaalilla on herkkyyttä niin sanottujen "korreloituneiden elektronien" välisille vahvoille vuorovaikutuksille. Tutkijat havaitsivat ensin, että kun he sijoittivat materiaalin kosketuksiin glukoosimolekyylien kanssa, oksidit sieppasivat spontaanisti vetyä glukoosista entsyymin kautta. Sama tapahtui hiiren aivojen viipaleesta vapautuneen dopamiinin kanssa.

Materiaalilla havaittiin myös vahva affiniteetti vetyyn, mikä mahdollisti materiaalin ottaa atomeja omavoimaisesti - ilman teholähdettä.

Tämä merkitsee tutkijoiden mukaan sitä, että se voisi tuoda käyttöön erittäin pienitehoista elektroniikkaa erittäin herkällä sensitiivisyydellä. Tutkijoiden mukaan materiaali voi tunnistaa monien muidenkin kuin glukoosin ja dopamiinin atomeja.

Seuraava askel tutkijoilla on luoda tapa, jolla materiaali voi kommunikoida takaisin aivojen suuntaan.

Aiheesta aiemmin:

Grafeeniantureita aivoihin ja mikropiireille

Keinotekoinen ihon kaltainen hermojärjestelmä


Aiemmat uutiset

Uusia rakenteita Litium-ioni akuille (23.04.2019)
Litiumionit diffusoituvat nopeasti perovskiitin hilassa, aineessa jota kutsutaan samarium-nikkelaatiksi. Argonne National Laboratoryn sekä Purduen ja Rutgersin..

Spinaaltoja nanoelektroniikkaan (18.04.2019)
Ultralyhyet spinaallot (punainen) kulkee nikkelirautakerroksen läpi. Kerroksen keskiosan kohdalla, magneettinen suunta (siniset nuolet) keinuu vain ylös- ja alaspäin..

Huonelämpötilassa toimivia keinotekoisia atomeja (17.04.2019)
Laservalo (vihreä nuoli) emittoi yhden fotonin (violetti nuoli) matalatasoista valoa valkoisen grafeenin reikien reunoissa lasilevyn yläpuolella. Ultra-turvallinen..