Углеродные нанотрубки-гарпун для записи сигналов отдельных нейронов

Новый зонд для записи сигналов клеток мозга имеет длину в миллиметр и ширину всего в несколько нанометров. Он использует превосходные электро-механические свойства углеродных нанотрубок для захвата электрических сигналов от отдельных нейронов.

«Насколько нам известно, это первый случай, когда углеродные нанотрубки использовали для внутриклеточной записи сигналов отдельных нейронов в срезах мозга или интактном мозге позвоночных», — сказал Брюс Дональд, профессор информатики и биохимии Университета Дьюка.

Результаты опубликованы 19 июня в PLOS ONE.

Учёные используют два основных типа электродов для записи сигналов клеток мозга:

• Металлические электроды — записывают сигналы от популяции клеток, хорошо работают в живых животных.
• Стеклянные электроды — измеряют сигналы и вычисления отдельных клеток, но хрупкие и легко ломаются.

Новые углеродные нанотрубки сочетают лучшие черты обоих типов: они хорошо записывают сигналы как внутри, так и снаружи клеток, гибкие и не ломаются, что позволяет использовать их в живых животных.

Создание нано-гарпун

Для создания зонда аспирант Инхо Юн и физик Глеб Финкельштейн использовали заострённый электрохимически вольфрамовый провод как основу и нарастили его само-запутанными многостенными углеродными нанотрубками, создав стержень длиной в миллиметр. Затем нанотрубки заточили в крошечный гарпун с помощью фокусированного ионного пучка.

Тестирование и результаты

Зонд протестировали на срезах мозга мыши и в мозге анестезированных мышей. Результаты показали, что он передаёт сигналы мозга так же хорошо, а иногда и лучше, чем обычные стеклянные электроды, и с меньшей вероятностью ломается в ткани. Новый зонд также проникает в отдельные нейроны, записывая сигналы одной клетки, а не ближайшей популяции.

На основе результатов команда подала заявку на патент. Учёные предполагают, что зонды можно будет использовать в различных областях: от фундаментальной науки до интерфейсов «мозг-компьютер» и мозговых протезов у человека. Для этого необходимо улучшить изоляционные слои, возможности электрической записи и геометрию устройства.