Een onderzoek onder leiding van SISSA en gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie rapporteert voor het eerst het fenomeen van ionenvanging door grafeentapijten en het effect ervan op de communicatie tussen neuronen. De onderzoekers hebben een toename waargenomen in de activiteit van zenuwcellen die op een enkele laag grafeen zijn gegroeid. Door theoretische en experimentele benaderingen te combineren, ze hebben aangetoond dat het fenomeen te wijten is aan het vermogen van het materiaal om verschillende ionen die in de omgeving aanwezig zijn op het oppervlak te 'vangen', de samenstelling ervan moduleren. Grafeen is het dunste tweedimensionale materiaal dat vandaag beschikbaar is, gekenmerkt door ongelooflijke eigenschappen van geleidbaarheid, flexibiliteit en transparantie. Hoewel er grote verwachtingen zijn voor de toepassingen ervan in de biomedische sector, slechts zeer weinig werken hebben de interacties met neuronaal weefsel geanalyseerd.

De studie uitgevoerd door SISSA—Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, in samenwerking met de Universiteit Antwerpen (België), de Universiteit van Triëst en het Instituut voor Wetenschap en Technologie van Barcelona (Spanje). De onderzoekers analyseerden het gedrag van neuronen die op een enkele laag grafeen waren gegroeid, een versterking in hun activiteit waarnemen. Door theoretische en experimentele benaderingen, de onderzoekers hebben aangetoond dat dergelijk gedrag te wijten is aan verminderde ionenmobiliteit, in het bijzonder van kalium, naar de neuron-grafeen interface. Dit fenomeen wordt gewoonlijk ion trapping genoemd, op theoretisch niveau al begrepen, maar nu voor het eerst experimenteel waargenomen.

"Het is alsof grafeen zich gedraagt ​​als een ultradunne magneet op wiens oppervlak sommige van de kaliumionen die aanwezig zijn in de extracellulaire oplossing tussen de cellen en het grafeen gevangen blijven. Het is deze kleine variatie die de toename in neuronale prikkelbaarheid bepaalt, " zegt Denis Scaini, een onderzoeker bij SISSA die samen met Laura Ballerini het onderzoek leidde.

De studie heeft ook aangetoond dat deze versterking optreedt wanneer het grafeen zelf wordt ondersteund door een isolator, zoals glas, of gesuspendeerd in oplossing terwijl het verdwijnt wanneer het op een geleider ligt. "Grafeen is een sterk geleidend materiaal dat potentieel kan worden gebruikt om elk oppervlak te coaten. Het is essentieel voor toekomstige toepassingen te begrijpen hoe het gedrag varieert naargelang de ondergrond waarop het wordt gelegd. bovenal, op neurologisch gebied. Gezien de unieke eigenschappen van grafeen, het is natuurlijk om te denken, bijvoorbeeld, over de ontwikkeling van innovatieve elektroden voor hersenstimulatie of visuele apparaten, ' zegt Scini.

Het is een onderzoek met een dubbele uitkomst. Laura Ballerini zegt, "Dit 'iontrap'-effect werd alleen in theorie beschreven. Door de impact van de technologie van materialen op biologische systemen te bestuderen, we hebben een mechanisme gedocumenteerd om de prikkelbaarheid van het membraan te reguleren, maar op het zelfde moment, we hebben ook experimenteel een eigenschap van het materiaal beschreven via de biologie van neuronen."