Довгі наноголки дозволять зануритися в живий мозок

Нова технологія виготовлення внутрішньоклітинних електродів дозволить реєструвати активність окремих клітин в глибині живих тканин і органів, в тому числі й в головному мозку. Опис концепції та перші результати її випробувань публікує журнал Small.

Максимальну точність та максимальну роздільну здатність при реєстрації електричної активності клітин головного мозку дають методи, основані на введенні мікро- і нанорозмірних електродів безпосередньо в окремі нейрони. Але технічні складнощі виготовлення «голок» такого діаметра не дозволяють отримати електроди довшими приблизно за 10 мкм, тому такі спостереження обмежуються лише поверхневим шаром і не здатні показати те, що відбувається в живому мозку або в зрізі на глибині хоча б в декілька десятків мікрон. Для подолання цих обмежень може бути використаний нанопристрій, представлений групою учених Технологічного університету в Тойохасі під керівництвом професора Такеші Кавано (Тakeshi Kawano). Розроблені ними конусоподібні внутрішньоклітинні електроди (NTE, Nanoscale-Tipped Electrodes) досить довгі та міцні для того, щоб проникати крізь клітини і тканини. Діаметр кінчика голки NTE в декілька разів ширше, ніж у запропонованих раніше електродів на основі кремнієвих нанотрубок – до 300 нм проти 50–150 нм – зате довжина збільшилась на порядок, з 1,5–10 мкм до 120 мкм.

Японські учені створювали голки NTE шляхом осадження випарених атомів кремнію на кристалічну підложку, методом молекулярно-пучкової епітаксії. В надвисокому вакуумі та в умовах підвищеної температури електрод повільно нарощувався, подовжуючись, як сталагміт, зі швидкістю 1,4 мкм/хв. Діаметр NTE контролювали, вводячи в суміш кисневу плазму, так що товщина його послідовно зменшувалась з 100 мкм до 60, а потім і 30 мкм. На цю основу напилювали електропровідний шар іридію, а потім «закріплюючий» захисний шар з парилену (полі-n-ксилілену), який залишав відкритим лише тонкий кінчик голки.

Toyohashi University of Technology

Працездатність електрода автори продемонстрували, вимірявши мембрані потенціали клітин в глибині передньої великогомілкової м'язи мишей. Отримані результати вказують на можливість створення систем багатоточкового внутрішньотканинного моніторингу активності клітин в живих тканинах, в тому числі в працюючому головному мозку піддослідних тварин.