Die Graphen-Kamera stellt eine neue Art von Sensor dar, der für die Untersuchung von Zellen und Geweben nützlich ist, die elektrische Spannungen erzeugen, einschließlich Gruppen von Neuronen oder Herzmuskelzellen. Bislang wurden Elektroden oder chemische Farbstoffe verwendet, um das elektrische Feuern in diesen Zellen zu messen. Aber Elektroden und Farbstoffe messen die Spannung nur an einem Punkt; ein Graphenblatt misst die Spannung kontinuierlich über das gesamte Gewebe, das es berührt.
Die Entwicklung, die letzte Woche online in der Fachzeitschrift Nano Letters veröffentlicht wurde, ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zweier Teams von Quantenphysikern an der University of California, Berkeley, und physikalischen Chemikern an der Stanford University.
"Weil wir alle Zellen gleichzeitig auf eine Kamera abbilden, müssen wir nicht scannen, und wir haben nicht nur eine Punktmessung. Wir können das gesamte Netzwerk von Zellen gleichzeitig abbilden", sagt Halleh Balch, einer der drei Erstautoren der Arbeit und frischgebackener Doktorand am Department of Physics der UC Berkeley.
Während der Graphen-Sensor funktioniert, ohne dass Zellen mit Farbstoffen oder Tracern markiert werden müssen, kann er leicht mit Standard-Mikroskopie kombiniert werden, um fluoreszierend markiertes Nerven- oder Muskelgewebe abzubilden und gleichzeitig die elektrischen Signale aufzuzeichnen, die die Zellen zur Kommunikation nutzen.
Vor zehn Jahren entdeckte Wang, dass ein elektrisches Feld beeinflusst, wie Graphen Licht reflektiert oder absorbiert. Balch und Horng machten sich diese Entdeckung bei der Konstruktion der Graphen-Kamera zunutze.
Das Team zeigte, dass, wenn das Graphen richtig eingestellt war, die elektrischen Signale, die während eines Herzschlags entlang der Oberfläche des Herzens flossen, ausreichten, um die Reflexion der Graphenplatte zu verändern.
"Wenn sich Zellen zusammenziehen, feuern sie Aktionspotentiale ab, die ein kleines elektrisches Feld außerhalb der Zelle erzeugen", sagte Balch. "Die Absorption des Graphen direkt unter der Zelle wird verändert, so dass wir eine Veränderung in der Lichtmenge sehen, die von dieser Position auf die große Fläche des Graphen zurückkommt."
In ersten Studien stellte Horng jedoch fest, dass die Änderung der Reflexion zu gering war, um sie leicht zu erkennen. Ein elektrisches Feld reduziert die Reflexion von Graphen um höchstens 2%; der Effekt war viel geringer, wenn die Herzmuskelzellen ein Aktionspotential abfeuerten.
Gemeinsam fanden Balch, Horng und Wang einen Weg, dieses Signal zu verstärken, indem sie einen dünnen Wellenleiter unter dem Graphen anbrachten, der das reflektierte Laserlicht dazu zwang, intern etwa 100 Mal abzuprallen, bevor es entweichen konnte. Dadurch wurde die Änderung des Reflexionsgrads mit einer normalen optischen Videokamera nachweisbar.
https://www.sciencedaily.com/releases/2021/06/210616143146.htmÜbersetzt mit www.DeepL.com/Translator (kostenlose Version)
