Forskere drejer på kontakten for at gøre mikrosensorer superfølsomme over for biomolekyler

Et hold ledet af forskere ved New York University Tandon School of Engineering har fundet en ny måde at forbedre ydeevnen af ​​elektrokemiske mikrosensorer på. Denne opdagelse kan føre til påvisning af biomolekyler, såsom dopamin, ved lavere koncentrationer, end det er muligt i dag. Deres resultater er beskrevet i et papir offentliggjort i tidsskriftet Biosensorer og bioelektronik .

Dopamin molekyle aktivitet i hjernen er forbundet med vigtige funktioner såsom motivation, motorstyring, forstærkning, og belønning. Forskere og klinikere overvåger almindeligvis neurotransmitteraktivitet i hjernen gennem elektrokemiske mikrosensorer lavet af kulstof. Imidlertid, på grund af deres begrænsede følsomhed, eksisterende mikrosensorer kan kun detektere store ændringer i dopaminniveauer. De kan også optage fra kun ét sted i hjernen ad gangen.

For at understøtte multi-site kortlægning af dopaminaktiviteter i hjernen, NYU Tandon-forskerholdet udviklede for nylig plane mikrosensorer ved hjælp af et kulstof-nanomateriale, kaldet nanografitisk kulstof.

"Vi bruger nanofabrikationsteknikker, svarende til dem, der bruges til at bygge chips i forbrugerelektronik, at skabe en række af mange plane elektrokemiske mikrosensorer, " sagde Davood Shahrjerdi, lektor i el- og computerteknik og hovedefterforsker af undersøgelsen. "Vores sensorer er små - sammenlignelige med en neuroncellekrop - og kan pakkes tæt på hinanden til optagelser med højere rumlig opløsning, " han tilføjede.

Et vigtigt fund fra holdet er, at sensorens ydeevne kan justeres ved at konstruere materialestrukturen af ​​det nanografitiske kulstof. Detaljerne i sensorudviklingen er beskrevet i et tidligere offentliggjort papir, der udkom i Videnskabelige rapporter .

"Vores studie i Videnskabelige rapporter foreslår, at sensorens ydeevne skal forblive uændret, hvis vi reducerer driftsspændingen, da sensorydelsen styres af materialestrukturen, " tilføjede Shahrjerdi.

Imidlertid, holdet gjorde en overraskende observation, at amplituden af ​​sensorens output som reaktion på dopaminmolekyler blev øget ved at reducere driftsspændingen.

"Vi troede først, at der måske var noget galt med målingerne, " sagde Edoardo Cuniberto, en ph.d. studerende i NYU Nanolab ved NYU Tandon, hvem er hovedforfatter i undersøgelsen. "Med over et år med betydelige yderligere eksperimenter og teoretiske simuleringer, vi bekræftede ikke kun vores første observation, men vi var også i stand til at forklare fysikken bag vores overraskende observation, " forklarede Cuniberto.

Efterforskerne demonstrerede sensorer med rekordydelse ved at kombinere det nye spændingsafhængige fænomen med deres tilgang til at konstruere materialestrukturen. "Vi er begejstrede for at udforske mulighederne for vores nye sensorteknologi til fremtidige hjernestudier, " sagde Shahrjerdi.

Ud over Cuniberto, holdet omfattede Zhujun Huang, en ph.d. studerende ved NYU Tandon; Abdullah Alharbi fra NYU Tandon og Kong Abdulaziz City for Videnskab og Teknologi, Riyadh, Saudi Arabien; og Ting Wu og Roozbeh Kiani fra NYU Center for Neural Science.