Ученые создали графеновую камеру, способную заснять человека "на клеточном уровне" (видео)

Фото: Justin Muir

Устройство может помочь в диагностике заболеваний сердца и головного мозга, а также при тестировании лекарств.

Ученые из Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley) нашли еще одно применение графену, использовав его для усовершенствованного датчика, считывающего электрические сигналы от живых клеток и тканей в режиме реального времени. "Графеновая камера", как ее назвали исследователи, использовалась для записи электрической активности бьющегося сердца. Также она может использоваться при изучении работы мозга.

Об этом сообщается на официальном ресурсе университета.

Ученые из UC Berkeley, объединив усилия с химиками из Стэнфордского университета, решили изучить, как при помощи графена можно усовершенствовать медицинские датчики. Работа была основана на предыдущих исследованиях, демонстрирующих, что электрическое поле живых клеток организма может влиять на то, как лист графена отражает и поглощает свет.

Демонстрация работы "графеновой камеры"

Первоначально электрическое поле, генерируемое клетками сокращающейся сердечной мышцы, было слишком маленьким, чтобы заметно повлиять на коэффициент отражения графена. Команда смогла усилить его, добавив тонкий волновод для проекции входящего лазерного света на призму, отражающую свет от графена.

"Это позволило нам повысить уровень чувствительности к электрическим полям и достичь напряжения до микровольт", — говорит профессор Балч.

Команда ученых смогла использовать "графеновую камеру" для изучения сердечных клеток размером всего десять микрон в реальном времени и получения оптического изображения слабых электрических полей, которые они генерировали в результате сокращения. Можно было бы применить электроды и химические красители для измерения электрической активности клеток, однако такой метод нельзя применить для отслеживания активности всех без исключения клеток — вы можете исследовать только конкретные зоны. А вот лист графена сделал возможным измерение напряжение на всей площади сердечной ткани. Команда объединила эти методы для регистрации электрически сигналов клеток и одновременно визуализируя данный процесс.

графен, схема, камера
Схема "графеновой камеры"

"Технология может быть особенно полезна при изучении нейронных сетей, в которых задействованы все типы клеток", — говорит один из авторов исследования Аллистер Макгуайр из Стэнфордского университета. "Если у вас есть флуоресцентно меченая клеточная система, вы можете нацеливаться только на определенный тип нейрона. Наша система позволит регистрировать электрическую активность во всех нейронах и поддерживающих их клетках с очень высокой степенью точности".

"Графеновая камера", или графеновый датчик электрического поля с усилением в виде связанного волновода, как его еще называют, может быть использован для тестирования лекарственных препаратов на сердечной мышце перед клиническими испытаниями. Медики смогут увидеть, вызывают ли новые лекарства аномальные изменения. Ученые уже продемонстрировали такую возможность на сердце куриного эмбриона.

Устройство также может открыть новые возможности в изучении мозга. Сегодня электродные матрицы используются для изучения электрической активности клеток, но не всего мозга, а только отдельных его зон. Листы графена помогли бы получить более широкую картину непрерывной мозговой активности.

"В этом проекте меня удивляет то, что электрические поля опосредуют химические взаимодействия, опосредуют биофизические взаимодействия — они опосредуют все виды процессов в мире природы — но мы их не измеряем. Мы измеряем электрическое напряжение", — говорит Балч. "Возможность фактически отображать электрические поля дает вам возможность взглянуть на модальность, о которой вы раньше не имели представления".

Ранее мы сообщали о том, что ученые создали аккумулятор из графена, который заряжается в 60 раз быстрее обычного. Такая батарейка более безопасна для экологии и здоровья, а также стоит в разы дешевле литий-ионных аналогов.