Een team onder leiding van onderzoekers van de Tandon School of Engineering van de New York University heeft een nieuwe manier gevonden om de prestaties van elektrochemische microsensoren te verbeteren. Deze ontdekking zou kunnen leiden tot de detectie van biomoleculen, zoals dopamine, in lagere concentraties dan tegenwoordig mogelijk is. Hun bevindingen worden beschreven in een paper gepubliceerd in het tijdschrift Biosensoren en bio-elektronica .

Dopamine-molecuulactiviteit in de hersenen wordt geassocieerd met belangrijke functies zoals motivatie, motorische controle, versterking, en beloning. Onderzoekers en clinici volgen gewoonlijk de activiteit van neurotransmitters in de hersenen door middel van elektrochemische microsensoren gemaakt van koolstof. Echter, vanwege hun beperkte gevoeligheid, bestaande microsensoren kunnen alleen grote veranderingen in dopamine niveaus detecteren. Ze kunnen ook slechts van één plaats in de hersenen tegelijk opnemen.

Om de multi-site mapping van dopamine-activiteiten in de hersenen te ondersteunen, het onderzoeksteam van NYU Tandon heeft onlangs vlakke microsensoren ontwikkeld met behulp van een koolstofnanomateriaal, nanografietkoolstof genoemd.

"We gebruiken nanofabricagetechnieken, vergelijkbaar met die gebruikt voor het bouwen van chips in consumentenelektronica, om een ​​reeks van vele vlakke elektrochemische microsensoren te creëren, " zei Davood Shahrjerdi, universitair hoofddocent elektrische en computertechniek en hoofdonderzoeker van de studie. "Onze sensoren zijn klein - vergelijkbaar met een cellichaam van een neuron - en kunnen dicht bij elkaar worden gepakt voor opnames met een hogere ruimtelijke resolutie, " hij voegde toe.

Een belangrijke bevinding van het team is dat de prestaties van de sensor kunnen worden aangepast door de materiaalstructuur van de nano-grafietkoolstof te engineeren. De details van de sensorontwikkeling worden beschreven in een eerder gepubliceerd artikel dat verscheen in Wetenschappelijke rapporten .

"Onze studie in Wetenschappelijke rapporten suggereert dat de sensorprestaties ongewijzigd moeten blijven als we de bedrijfsspanning verlagen, aangezien de sensorprestaties worden gecontroleerd door de materiële structuur, ", voegde Shahrjerdi eraan toe.

Echter, het team maakte een verrassende observatie dat de amplitude van de sensoroutput als reactie op dopaminemoleculen werd verhoogd door de bedrijfsspanning te verlagen.

"We dachten aanvankelijk dat er misschien iets mis was met de metingen, " zei Edoardo Cuniberto, een doctoraat student in het NYU Nanolab aan de NYU Tandon, wie is de hoofdauteur van het onderzoek. "Met meer dan een jaar van significante aanvullende experimenten en theoretische simulaties, we bevestigden niet alleen onze eerste waarneming, maar we waren ook in staat om de fysica achter onze verrassende observatie uit te leggen, " legde Cuniberto uit.

De onderzoekers demonstreerden sensoren met recordprestaties door het nieuwe spanningsafhankelijke fenomeen te combineren met hun benadering van het ontwerpen van de materiaalstructuur. "We zijn enthousiast over het verkennen van de vooruitzichten van onze nieuwe sensortechnologie voor toekomstige hersenstudies, ' zei Shahrjerdi.

Naast Cuniberto, het team omvatte Zhujun Huang, een doctoraat student aan NYU Tandon; Abdullah Alharbi van NYU Tandon en de King Abdulaziz City for Science and Technology, Riyad, Saoedi-Arabië; en Ting Wu en Roozbeh Kiani van het NYU Center for Neural Science.