Grafen-tæpper:Så neuroner kommunikerer bedre

En undersøgelse ledet af SISSA og offentliggjort i Natur nanoteknologi rapporterer for første gang om fænomenet ionfangst af grafentæpper og dets effekt på kommunikationen mellem neuroner. Forskerne har observeret en stigning i aktiviteten af ​​nerveceller dyrket på et enkelt lag grafen. Ved at kombinere teoretiske og eksperimentelle tilgange, de har vist, at fænomenet skyldes materialets evne til at 'fange' adskillige ioner, der er til stede i det omgivende miljø, på dets overflade, modulerer dens sammensætning. Grafen er det tyndeste todimensionelle materiale, der findes i dag, kendetegnet ved utrolige egenskaber ved ledningsevne, fleksibilitet og gennemsigtighed. Selvom der er store forventninger til dets anvendelser inden for det biomedicinske område, kun meget få værker har analyseret dets interaktioner med neuronalt væv.

Undersøgelsen udført af SISSA—Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, i samarbejde med universitetet i Antwerpen (Belgien), universitetet i Trieste og Institut for Videnskab og Teknologi i Barcelona (Spanien). Forskerne analyserede adfærden hos neuroner dyrket på et enkelt lag grafen, observere en styrkelse i deres aktivitet. Gennem teoretiske og eksperimentelle tilgange, forskerne har vist, at sådan adfærd skyldes nedsat ionmobilitet, især kalium, til neuron-grafen-grænsefladen. Dette fænomen kaldes almindeligvis ionfangst, allerede forstået på det teoretiske niveau, men observeret eksperimentelt for første gang først nu.

"Det er, som om grafen opfører sig som en ultratynd magnet, på hvis overflade nogle af de kaliumioner, der er til stede i den ekstracellulære opløsning mellem cellerne og grafenen, forbliver fanget. Det er denne lille variation, der bestemmer stigningen i neuronal excitabilitet, " siger Denis Scaini, en forsker ved SISSA, der ledede undersøgelsen sammen med Laura Ballerini.

Undersøgelsen har også vist, at denne styrkelse sker, når selve grafen understøttes af en isolator, som glas, eller suspenderet i opløsning, mens den forsvinder, når den ligger på en leder. "Graphen er et meget ledende materiale, som potentielt kan bruges til at belægge enhver overflade. At forstå, hvordan dets adfærd varierer afhængigt af det underlag, det er lagt på, er afgørende for dets fremtidige anvendelser, først og fremmest, på det neurologiske område. I betragtning af grafens unikke egenskaber, det er naturligt at tænke, for eksempel, om udviklingen af ​​innovative elektroder til cerebral stimulation eller visuelle anordninger, " siger Scaini.

Det er et studie med dobbelt udbytte. Laura Ballerini siger, "Denne 'ionfælde'-effekt blev kun beskrevet i teorien. Ved at studere virkningen af ​​materialers teknologi på biologiske systemer, vi har dokumenteret en mekanisme til at regulere membran excitabilitet, men samtidig, vi har også eksperimentelt beskrevet en egenskab ved materialet gennem neuronernes biologi."