Оптични нанопроби наблюдават невроните и сърдечно клетъчната активност

Мониторинг на неврони и други възбудими клетки in vivo за изследвания и клинични приложения обикновено се изисква използването на електродни решетки. Те са доста ограничени по своята плътност на електродите и площта, която могат да покрият. Освен това количеството сигнал, генерирано от неврологичната система, преодолява всякакви опити за изграждане на мащабни електронни микроелектродни масиви. Флуоресцентните сонди са друга модалност, но те идват с множество ограничения и несъвместимости за използване върху живи хора.

Оптични нанопроби наблюдават невроните и сърдечно клетъчната активност | ✅ Д-р Стоян Арнаудов - Ортопед | Травматолог ⭐️
Тази фалшива цветна сканираща електронна микрография показва кардиомиоцити (оцветени в лилаво), култивирани върху електроплазмонична наноантенна решетка за оптичен запис на електрогенна активност. (Yanik Lab, UCSC)

Сега изследователи от Калифорнийския университет, Санта Круз и Университета на Нотр Дам са разработили нефлуоресцентни оптични сонди, които не изискват химично маркиране за откриване на електрофизиологични сигнали от голям брой клетки с висока честотна лента.

Изследването има последици за интерфейсите мозък-компютър, протези и за изучаване на мозъчни заболявания и разработване на терапии за борба с тях.

„Изключително ограничената честотна лента на електронното окабеляване е тясно място, създадено от самата природа на електроните“, каза Ахмет Яник, водещият разработчик на новите сонди, в прессъобщение на UC Santa Cruz. „Обръщаме се към фотоните, защото светлината предлага милиарднократно подобрено мултиплексиране и възможности за пренос на информация, същата причина, поради която телекомуникационната индустрия премина към оптични влакна. Чрез преобразуване на биоелектрични сигнали във фотони, ще можем да предаваме оптична невронна активност с голяма честотна лента. “

Новите сонди са с размер по-малък от 100 нанометра и включват плазмонна наноантена, свързана с електрохромен полимер, чиито оптични характеристики се променят в рамките на променящото се електрическо поле. Сондата позволява външно откриване на много слаби електрически полета в близост до нея.

Тези сонди генерират сигнали много по-силни от тези на съществуващите флуоресцентни сонди и произвеждат много по-добро съотношение сигнал / шум.

„Използването на несравнимата способност на мултиплексиране и пренасяне на информация на светлината за дисекция на невронните вериги и декриптиране на електрофизиологичните сигнали е цел на невролозите от близо 50 години. Може би най-накрая намерихме начин да го направим “, добави Яник.

Проучване в списание Научен напредък: Електроплазмонична наноантена: Нефлуоресцентна оптична сонда за ултрачувствително откриване без етикет на електрофизиологични сигнали

Чрез: UC Санта Круз