Исследователи повысили чувствительность микросенсоров к биомолекулам

Команда под руководством исследователей из Инженерной школы Тандон Нью-Йоркского университета нашла новый способ повышения производительности электрохимических микросенсоров. Это открытие может привести к обнаружению биомолекул, таких как дофамин, при более низких концентрациях, чем это возможно сегодня. Их выводы описаны в статье, опубликованной в журнале Biosensors and Bioelectronics.

Активность молекулы дофамина в мозге связана с такими важными функциями, как мотивация, моторный контроль, подкрепление и вознаграждение. Исследователи и клиницисты обычно отслеживают активность нейротрансмиттеров в мозге с помощью электрохимических микросенсоров из углерода. Однако из-за их ограниченной чувствительности существующие микросенсоры могут обнаруживать только большие изменения уровня дофамина. Они также могут записывать данные только с одного участка мозга за раз.

Для поддержки многосайтового картирования активности дофамина в мозге исследовательская группа NYU Tandon недавно разработала планарные микросенсоры с использованием углеродного наноматериала, называемого нано-графитовым углеродом.

«Мы используем методы нанофабрикации, аналогичные тем, что применяются для создания чипов в потребительской электронике, чтобы создать массив из множества планарных электрохимических микросенсоров», — сказал Давуд Шахджерди, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники и главный исследователь исследования. «Наши датчики малы — сравнимы с телом нейрона — и могут быть упакованы близко друг к другу для записи с более высоким пространственным разрешением», — добавил он.

Важным открытием команды является то, что производительность сенсора можно регулировать путем инженерии материальной структуры нано-графитового углерода. Детали разработки сенсора описаны в ранее опубликованной статье, которая появилась в Scientific Reports.

«Наше исследование в Scientific Reports предполагает, что производительность сенсора должна оставаться неизменной, если мы снизим рабочее напряжение, поскольку производительность сенсора контролируется структурой материала», — добавил Шахджерди.

Однако команда сделала удивительное наблюдение: амплитуда выходного сигнала сенсора в ответ на молекулы дофамина увеличивалась при снижении рабочего напряжения.

«Сначала мы подумали, что, возможно, что-то не так с измерениями», — сказал Эдоардо Куниберто, аспирант NYU Nanolab в NYU Tandon, ведущий автор исследования. «Более чем за год значительных дополнительных экспериментов и теоретического моделирования мы не только подтвердили наши первоначальные наблюдения, но и смогли объяснить физику, лежащую в основе нашего удивительного наблюдения», — пояснил Куниберто.

Исследователи продемонстрировали сенсоры с рекордной производительностью, объединив новое явление, зависящее от напряжения, со своим подходом к инженерии структуры материала. «Мы рады изучить перспективы нашей новой сенсорной технологии для будущих исследований мозга», — сказал Шахджерди.

В команду, помимо Куниберто, вошли Чжучжунь Хуан, аспирант NYU Tandon; Абдулла Альхарби из NYU Tandon и Города науки и технологий короля Абдулазиза в Эр-Рияде, Саудовская Аравия; а также Тинг Ву и Рузбех Киани из Центра нейронных наук Нью-Йоркского университета.