Графен помогает проникнуть в мозг

17.01.2017

Человеческий мозг - необычайно сложная и уникальная система, и для его исследования существует множество методов. Судить об информационных процессах в мозге мы можем либо по изменениям в межнейронных контактах - синапсах, либо по изменениям в кровообращении - работающие участки требуют больше питательных веществ и кислорода; и изучение человеческого мозга, в сущности, сводится к наблюдению за этими двумя типами активности, проявляющимися в ответ на различные раздражители.

Обычно для нейрофизиологических исследований в мозг вживляются специальные матрицы микроэлектродов (то есть много электродов, установленных на общую матрицу), позволяющие детектировать электрический сигнал в нескольких местах сразу. В зависимости от эксперимента такие матрицы имплантируют либо на поверхность мозга, либо вглубь.

У матриц микроэлектродов обычно есть ряд минусов: непрозрачные контакты, ограниченная прозрачность материала в целом и неравномерная пропускающая способность для разных длин волн. Часто они делаются из жесткого и биологически несовместимого материала, на который мозг реагирует воспалением. В идеале же матрицы должны быть прозрачными в широком диапазоне, чтобы нейроны можно было стимулировать светом разной частоты, от синего (используемого в оптогенетике) до инфракрасного (применяемого в двухфотонной флуоресцентной микроскопии) спектра, гибкими и биосовместимыми. Также желательно, чтобы они были достаточно тонкими - при должной прозрачности это позволяет оптимизировать оптический сбор информации.

Для матричных нейроэлектродов часто используют такие материалы, как оксид индия-титана (ITO) с напылением титана или цирконий. Они пропускают 80% и 60% света соответственно, однако пропускная способность сильно зависит от длины волны, из-за чего сложно совместить несколько методов, использующих для нейростимуляции или детекции ответного сигнала разные длины световых волн.

Американские физики и нейробиологи разработали новые матрицы микроэлектродов на основе графена. Графен представляет собой кристалл из атомов углерода, расположенных в форме пчелиных сот, толщиной в один или несколько атомов - фактически, это двухмерный кристалл. Если составить множество графеновых слоев в стопку, то мы получим хорошо известный всем графит.

Графен весьма гибок, и в то же время очень прочен для своей толщины. Он так же обладает прозрачностью порядка 90% в спектре от ультрафиолетового до инфракрасного, и прекрасно проводит ток. Понятно, почему многие исследователи активно изучают графен и возможности его использования при создании тонких и гибких электродов.

Нейробиологи возлагают большие надежды на свое изобретение: они уверены, что его можно приспособить для самых разных исследований по изучению мозговой активности, а также для создания имплантатов. Кроме того, подобная матрица микроэлектродов пригодится и в экспериментах с клеточными культурами, в которых очень важно следить за ростом клеток.

<< Назад: Новое решение для зарядки и резервного копирования данных смартфонов 18.01.2017

>> Вперед: Беспроводные наушники Bragi The Headphone 17.01.2017

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Безлинзовая ИК-система 02.10.2025

Инфракрасные технологии занимают особое место в науке и технике. Они позволяют заглянуть туда, где человеческий глаз бессилен, - в темноту, сквозь дымку или туман, на значительные расстояния. Однако развитие этой области сдерживают дорогие и капризные камеры, требующие охлаждения и сложного обслуживания. Китайские исследователи предложили неожиданный выход: создание безлинзовой системы, которая превращает невидимое инфракрасное излучение в четкие изображения с помощью оптики нового поколения. В основе этой разработки лежит древняя идея "изображения через отверстие", о которой еще в IV веке до нашей эры писал философ Мо-цзы. Современные ученые пошли дальше и вместо физической дырочки сформировали оптическое отверстие прямо в нелинейном кристалле, используя сверхкороткие лазерные импульсы. Такое решение позволяет преобразовывать инфракрасное излучение в видимый свет, который без труда фиксируется обычными кремниевыми сенсорами. Руководитель проекта профессор Хэпинг Цзэн подчеркивае ...>>

Жара вызывает агрессию 01.10.2025

Животный мир чутко реагирует на изменения температуры, и в последние годы ученые все чаще обращают внимание на то, как жара влияет не только на физиологию, но и на поведение живых существ. Рост глобальных температур способен не только изменять экосистемы, но и формировать новые социальные модели у животных. Одним из тревожных проявлений оказывается рост агрессивности, который наблюдается у самых разных видов. В лаборатории Университета Юга в Сьюани, штат Теннеси, экологи наблюдали за чернобрюхими саламандрами Desmognathus amphileucus. Эти небольшие амфибии, обитающие в ручьях Аппалачей, продемонстрировали ярко выраженное территориальное поведение: они пытались кусать соперников и заставлять их покидать занятую территорию. Интересно, что у близкородственных видов - саламандры Окои и тритона - подобных реакций не зафиксировали. Это подчеркивает избирательность явления и его связь с особенностями конкретных организмов. Сходные результаты были получены и в экспериментах с другими вид ...>>

Случайная новость из Архива Электронные носы для животноводческих ферм 06.01.2022 Группа исследователей из Департамента образовательных технологий, Институт экологического менеджмента животноводства, Корея, разработали систему мониторинга запаха домашнего скота с использованием информационных и коммуникационных технологий и датчика аммиака. С развитием крупных интенсивных ферм в животноводстве интерес к контролю запахов значительно возрос. Запахи животноводческих ферм содержат множество соединений, таких как аммиак, сероводород, летучие жирные кислоты и п-крезол. Аммиак - наиболее распространенное пахнущее соединение. В связи с довольно частыми случаями жалоб на запахи от домашнего скота, особенно около крупных хозяйств, исследования по мониторингу этого параметра расширяются. Системы электронного носа (e-носа) недавно появились как технологии и сейчас проходят количественные проверочные исследования на птицефабриках и свинофермах, в основном. Электронный нос - альтернативная технология, которая обеспечивает такие преимущества, как количественный анализ, быстрое измерение, высокая чувствительность и воспроизводимость результатов, а также объективная идентификация запаха без предубеждений. В исследовании, проведенном сотрудниками корейского Института экологического менеджмента животноводства, рассматривалась актуальность системы мониторинга запаха домашнего скота на основе USN (Ubiquitous Sensor Network), которая может автоматически и удаленно контролировать запахи домашнего скота, как услуга, связанная с отраслью животноводства с использованием искусственного интеллекта и датчиков. Система мониторинга запаха домашнего скота состоит из двух главных компонентов - LOMS и LOCS. LOMS, оборудование для измерения запаха домашнего скота, в основном состоит из датчиков (электрохимического датчика для обнаружения аммиака и датчика для определения температуры и влажности). Сюда также входит блок управления для работы датчиков, блок связи для передачи измеренных данных в центральную систему мониторинга и кожух для защиты устройства. В каждом месте есть от 2 до 4 точек для измерения. Причем эту систему обычно устанавливают на границе фермы или свинарника. Данные об аммиаке генерируются каждые 30 минут с измерительного оборудования и передаются на сервер. LOCS - это система, состоящая из данных мониторинга, передаваемых на сервер. На этом сервере хранятся данные, и программа работы пользователя может использовать проверку и управление в реальном времени. Основные функции включают мониторинг для управления данными, функцию сенсорной информации для управления датчиками, функцию статистического анализа и управления данными и другие нюансы управления. Используя эту технологию, менеджер фермы может напрямую проверять образующийся аммиак, для уменьшения или предотвращения появления запахов в определенных областях или на отдельных животноводческих фермах, где возникает много жалоб. Электронный нос позволит достичь двух целей: улучшить общественное восприятие животноводческих ферм и условия содержания животных.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025