Grafeenikamera kuvaa sydämen sähköistä toimintaa

Berkeleyn ja Stanfordin tutkijat ovat siepanneet sykkivän sydämen reaaliaikaisen sähköisen toiminnan käyttämällä grafeeniarkkia optisen kuvan tallentamiseksi sydämen lihassolujen lyöntien aiheuttamasta heikosta sähkökentästä.

Grafeenikamera edustaa uuden tyyppistä anturia, joka on hyödyllinen sähköisiä jännitteitä tuottavien solujen ja kudosten tutkimiseen, mukaan lukien hermosolujen tai sydämen lihassolujen ryhmät. Tähän mennessä elektrodeja tai kemiallisia väriaineita on käytetty mittaamaan sähköinen toimintaa näissä soluissa. Elektrodit ja väriaineet mittaavat kuitenkin jännitettä ja vain yhdessä pisteessä; grafeeniarkki mittaa jännitettä jatkuvasti koko kudoksesta, jota se koskettaa.

"Koska kuvaamme kaikkia soluja samanaikaisesti kameralla, meidän ei tarvitse skannata, eikä meillä ole vain pistemittausta. Voimme kuvata koko soluverkoston samanaikaisesti”, sanoi Halleh Balch, yksi kolmesta kirjoittajatohtorista.

Vaikka grafeenianturi toimii ilman väri- tai merkkiaineilla, se voidaan helposti yhdistää tavalliseen mikroskopiaan fluoresoivasti leimatun neuro- tai lihaskudoksen kuvaamiseksi ja samalla tallentaa sähköiset signaalit, joita solut käyttävät viestintään.

"Koko näytteen kuvaamisen helppous voi olla erityisen hyödyllistä tutkittaessa neuroverkkoja, joihin liittyy kaikenlaisia solutyyppejä", kertoi tutkimuksen Stanfordin tohtoritutkija Allister McGuire.

"Tämä on ehkä ensimmäinen esimerkki, jossa voit käyttää 2D-materiaalien optista luentaa biologisten sähkökenttien mittaamiseen", kertoo UC Berkeleyn fysiikan professori Feng Wang. "Ihmiset ovat aiemmin käyttäneet 2D-materiaaleja havaitsemaan puhtaasti sähköisellä luennalla, mutta tämä on ainutlaatuista, koska se toimii mikroskopialla, jotta voit tehdä rinnakkaisen tunnistuksen."

Tiimi kutsuu työkalua kriittisesti kytketyksi aaltojohdevahvistetuksi grafeeniseksi sähkökenttäanturiksi tai CAGE-anturiksi.

Grafeeni on herkkä sähkökentille. Kymmenen vuotta sitten havaittiin, että sähkökenttä vaikuttaa siihen, miten grafeeni heijastaa tai absorboi valoa ja tätä löytöä hyödynnettiin grafeenikameran suunnitelussa

”Minulle on hämmästyttävää tässä projektissa, että sähkökentät välittävät kemiallisia vuorovaikutuksia, välittävät biofysikaalisia vuorovaikutuksia - ne välittävät kaikenlaisia prosesseja luonnossa - mutta emme koskaan mittaa niitä. Mitataan virta ja mitataan jännite”, Halleh Balch toteaa. "Kyky todella kuvata sähkökenttiä antaa katsauksen modaliteettiin, josta ei aikaisemmin ole ollut juurikaan oivallusta."

Aiheesta aiemmin:

Anturien 3D-tulostus suoraan sydämeen

3D-printattu sydänsiru

Sydän sykkii mikrosirulla