Intracellulære optagelser ved hjælp af nanotårnelektroder

Vores nuværende forståelse for, hvordan hjernen fungerer, er meget dårlig. De elektriske signaler rejser rundt i hjernen og i hele kroppen, og de biologiske vævs elektriske egenskaber studeres ved hjælp af elektrofysiologi. For at opnå en stor amplitude og en høj kvalitet af neuronale signaler, intracellulær optagelse er en kraftfuld metode sammenlignet med ekstracellulær registrering for at måle spændingen eller strømmen over cellemembranerne. Nanotråd- og nanorør-baserede enheder er blevet udviklet til intracellulære optagelsesapplikationer for at demonstrere fordelene ved disse enheder med høj rumlig opløsning og høj følsomhed.

Imidlertid, længden af ​​disse nanotråd-/nanorørelektrodeenheder er i øjeblikket begrænset til mindre end 10 µm på grund af procesproblemer, der opstår under fremstilling af nanoskala-enheder med højt aspektforhold, som er mere end 10 µm lange. Dermed, konventionelle nanodeapparater kan ikke anvendes på neuroner/celler i tykke biologiske væv, herunder hjerneskiver og hjerne in vivo.

Et forskerhold i Department of Electrical and Electronic Information Engineering og Electronics-Inspired Interdisciplinary Research Institute (EIIRIS) ved Toyohashi University of Technology har udviklet tredimensionelle mikrobehov?e-baserede nanoskala-tippede elektroder (NTE'er), der er længere end 100 µm. Nålængden overstiger den for konventionelle nanotråd/nanorør-baserede intracellulære enheder, og dermed udvide anvendelsesområdet for nanodevices i intracellulær optagelse, såsom dyb vævsgennemtrængning. Derudover de udfører intracellulære optagelser ved hjælp af muskelceller.

"En teknologisk udfordring inden for elektrofysiologi er intracellulære optagelser i et tykt biologisk væv. F.eks. en nålængde på mere end 40 µm er nødvendig for at udføre hjerneskiveeksperimenter. Imidlertid, det er næsten umuligt at penetrere nåle med nanoskala diameter med et højt billedformat, på grund af den lange hårlignende nanostruktur, der har utilstrækkelig stivhed. På den anden side, vores NTE, som er 120 µm lang kegleformet elektrode, har tilstrækkelig stivhed til at slå væv og celler" forklarer den første forfatter ph.d. -kandidat, Yoshihiro Kubota.

Lederen af ​​forskergruppen, Lektor Takeshi Kawano sagde "Selvom vi demonstrerede de foreløbige resultater af vores NTE-enhed, batchfremstilling af sådanne intracellulære elektroder, som har en nålelængde mere end 100 µm, skal føre til fremskridt inden for enhedsteknologierne. Dette vil i sidste ende føre til realisering af multisite, dybde-intracellulære optagelser for biologiske væv, inklusive hjerneskiver og hjerne in vivo, som er uden for konventionelle intracellulære enheders evne."

Som oplyst af forskerholdet, NTE har potentiale til at blive brugt i celler, der er dybt inde i et biologisk væv, herunder hjerneskive og hjerne in vivo, og dermed fremskynde forståelsen af ​​hjernen.