Järkevää käyttöä grafeenille

Hermosolujen signaalien sähköinen seuranta ja stimulointi on perinteinen tekniikka tutkia aivotoimintaa, kun taas uudempi optinen tekniikka avaa uusia mahdollisuuksia visualisoida neuroverkon rakennetta ja tutkia aivotoimintoja.

Sähköiset ja optiset tekniikat tarjoavat erilaisia ja toisiaan täydentäviä etuja, jos niitä käytetään yhdessä. Hankaluutena on, että tavanomaiset metallielektrodit ovat liian paksuja (> 500 nm) läpäistäkseen valoa.

Vastakseen tähän haasteeseen, DARPA:n rahoittamassa Reliable Neural-Interface Technology (RE-NET) -ohjelmassa on luotu läpinäkyviä mittauskontakteja. Niiden avulla voidaan mitata ja stimuloida hermokudosta käyttäen sähköisiä ja optisia menetelmiä samanaikaisesti.

University of Wisconsin-Madisonissa kehitetty ratkaisu perustuu grafeeniin ja joustavaan muoviseen tukialustaan. Notkeat grafeenitäplät ja johteet ovat sähköä johtavia, mutta vain neljän atomin eli alle yhden nanometrin paksuisia.

Äärimmäinen ohuus mahdollistaa lähes kaiken valon läpikulun laajalla aallonpituusalueella. Lisäksi grafeeni on myrkytön eikä se aiheuta korrosoivia sähkökemiallisia reaktioita kudoksessa. Se on myös luonnostaan vähäkohinainen materiaali, mikä on tärkeä seikka mittauksissa joissa tarvitaan hyvää signaali-kohina suhdetta.

Myös University of Pennsylvanian Center for NeuroEngineering and Therapeutics (CNT) on kehittänyt täysin läpinäkyvät grafeeniset mikroelektrodit neuropiirien samanaikaiseen optiseen kuvaukseen ja sähköfysiologiseen seurantaan.

Aiemmin näihin tehtäviin on käytetty indium-tina oksidista tehtyjä mittauspisteitä mutta kyseinen materiaali on kallista ja haurasta.

Ohuita ja taipuisia grafeenisia mikroelektrodeja voidaan käyttää monissa muissakin sovelluksissa kuten sydämentahdistimissa ja hermojärjestelmien stimulaattoreissa. Magnetoitumattomana materiaalina grafeeni on turvallinen myös MRI-luennassa toisin kuin metalliset vastineensa.