Kahden konstin grafeeni

Umass Amherstin insinöörit ovat luoneet bioelektronisen grafeenianturien verkoston, joka voi kasvaa sydänkudosten mukana ja pystyy kattavaan sydänkudoksen seurantaan

Tutkijoiden kudosrakenteeseen on integroitu atomiohuita grafeeniantureita, jotka voivat mitata samanaikaisesti sekä sähköistä signaalia että solujen fyysistä liikettä laboratoriossa kasvatetussa ihmisen sydänkudoksessa.

Sydän on erittäin herkkä kapistus ja jopa kasvatetun elävän sydänlihaksen toimintaa on vaikea seurata. Siinä on enemmän kuin yksi seurantaa vaativa asia.

Nykyiset anturit voivat tyypillisesti mitata vain yhtä ominaisuutta kerrallaan, ja kahden sensorin laite, joka voisi mitata sekä varausta että liikettä, olisi niin iso, että se haittaisi sydänkudoksen toimintaa. Tähän asti ei ollut yhtä anturia, joka pystyisi mittaamaan sydämen kaksoisominaisuuksia häiritsemättä sen toimintaa.

Uusi laite on rakennettu kahdesta tärkeästä komponentista, selittää johtava kirjoittaja Hongyan Gao.

Ensimmäinen on kolmiulotteinen sydämen mikrokudos, joka on kasvatettu laboratoriossa ihmisen kantasoluista. Koska niitä kasvatetaan koeputkessa, sen on kuitenkin kypsyttävä, mikä vie aikaa ja jota kömpelö anturi voi helposti häiritä.

Toinen kriittinen komponentti on grafeeni. Grafeeni on sähköä johtavaa, joten se voi havaita sähkövaraukset, jotka iskevät sydänkudokseen.

Se on myös pietsoresistiivinen, mikä tarkoittaa, että kun sitä venytetään - esimerkiksi sydämen lyönnillä - sen sähkövastus kasvaa. Ja koska grafeeni on mahdottoman ohutta, se voi rekisteröidä pienimmänkin lihasten supistumisen tai rentoutumisen värähtelyn ja voi tehdä sen estämättä sydämen toimintaa koko kypsymisprosessin ajan.

Tutkijat upottivat siten sarjan grafeeniantureita kehittämäänsä pehmeään, venyvään huokoiseen kudosrakenteeseen, jolla on läheiset rakenteelliset ja mekaaniset ominaisuudet aivan kuin ihmiskudoksessa ja joita voidaan soveltaa ei-invasiivisesti sydänkudokseen.

"Kukaan ei ole koskaan tehnyt tätä ennen", Gao sanoo. "Grafeeni voi selviytyä biologisessa ympäristössä hajoamatta hyvin pitkään eikä menetä johtavuuttaan, joten voimme seurata sydänkudosta koko sen kypsymisprosessin ajan."

Aiheesta aiemmin:

Grafeenikamera kuvaa sydämen sähköistä toimintaa

Itsetietoisia ja omavoimaisia materiaaleja

Anturien 3D-tulostus suoraan sydämeen