Ученые записали изображение электрических полей бьющегося сердца при помощи графена
Физики из Калифорнийского университета в Беркли и Стэнфордского университета смогли записать электрическую активность бьющегося сердца при помощи листа графена. Преимущество графена состоит в том, что, в отличие от электродов, которые измеряют напряжение только в одной точке, он измеряет электрическую активность всей исследуемой ткани.
Основой для работы стали опыты десятилетней давности, в ходе которых ученые обнаружили, что электрическое поле влияет на то, как графен отражает свет. В своем эксперименте команда из Стэнфорда и Беркли поместила на лист графена со стороной в один сантиметр сердце куриного эмбриона, только что извлеченного из оплодотворенного яйца, и направила на него свет лазера. Чтобы усилить электрическое поле сердца, ученые добавили под графен тонкий волновод.
Это позволило им повысить уровень чувствительности к электрическим полям и достичь напряжения до микровольт. Лазерный свет, отражаясь от графена, регистрировался камерой, а электрические сигналы бьющегося сердца меняли коэффициент отражения графенового листа.
Последовательность изображений бьющегося сердца с интервалом в 5 миллисекундИсследователи смогли испытать «графеновую камеру» на сердечных клетках размером в десять микрон. На сегодняшний день для измерения электрической активности в клетках используются электроды или химические красители. Но электроды и красители измеряют напряжение только в одной точке; графеновый лист способен непрерывно измерять напряжение всей ткани, которой он касается.
Ученые отмечают, что графеновый датчик можно комбинировать со стандартным микроскопом для получения изображения нервной или мышечной ткани, размеченной флуоресцентными красителями.
«С помощью одного только красителя вы можете изучать только один определенный тип нейрона. Наша система позволит вам регистрировать электрическую активность во всех нейронах и поддерживающих их клетках целиком», — поясняет соавтор исследования Аллистер МакГуайр из Стэнфордского университета.
Помимо измерения электрической активности сердца и изучения работы мозга, «графеновая камера» будет полезна при тестировании действия лекарств, воздействующих на сердечную мышцу, до того, как эти лекарства отправятся на клинические испытания. Графен позволит увидеть, вызывает ли препарат нежелательную аритмию.
Кроме того, с помощью графена можно постоянно измерять электрическую активность мозга в течение долгого времени — например, для отслеживания работы нейронов в мозгу пациентов с эпилепсией или для изучения фундаментальной активности мозга. Современные наборы электродов измеряют активность в нескольких сотнях точек, а не постоянно на поверхности мозга. Листы графена помогли бы получить более полную картину непрерывной мозговой активности, надеются исследователи.
