Naukowcy z UC Santa Cruz opracowali niezwykle czułe sondy optyczne służące do monitorowania aktywności bioelektrycznej neuronów i innych komórek. Ta nowatorska technologia odczytu mogłaby umożliwić badanie funkcjonowania obwodów nerwowych na niespotykaną dotąd skalę poprzez jednoczesne monitorowanie dużej liczby neuronów. Mogłoby to również doprowadzić do powstania interfejsów mózg-maszyna o dużej przepustowości, z radykalnie zwiększoną precyzją i funkcjonalnością.
Autorzy tego projektu opracowali pozakomórkowe nanosondy, które umożliwiają bardzo dokładny monitoring optyczny sygnałów elektrofizjologicznych. Inne techniki monitorowania optycznego wymagają modyfikacji genetycznych w celu wprowadzenia cząsteczek fluorescencyjnych do błon komórkowych, co wyklucza ich użycie u ludzi.
Opisywane przyrządy to nanoskalowe urządzenia, czyli takie o średnicy poniżej 100 nanometrów. Są one oparte na nowej metalicznej strukturze połączonej z biokompatybilnym polimerem zwanym PEDOT. Polimer ten jest „elektrochromowy”, co oznacza zmianę jego właściwości optycznych w odpowiedzi na pole elektryczne. Z kolei antena wykorzystuje nanoskalowe oddziaływania światła i materii w sposób analogiczny do anteny radiowej. W rezultacie otrzymujemy „nanoantenę plazmową”, która zapewnia niezawodne wykrywanie lokalnej dynamiki pola elektrycznego o niezwykle wysokiej czułości.
Naukowcy przeprowadzili serię eksperymentów, aby scharakteryzować i zoptymalizować właściwości owej anteny. Następnie przetestowali jej zdolność do monitorowania sygnałów elektrofizjologicznych w komórkach mięśnia sercowego, które podobnie jak neurony mogą generować impulsy elektryczne. Wyniki wykazały, że możliwe jest w pełni optyczne wykrywanie aktywności elektrycznej w kardiomiocytach – w czasie rzeczywistym rzecz jasna.
Poza tym, że nie wymaga manipulacji genetycznych, do zalet tej techniki w porównaniu z sondami fluorescencyjnymi należy zaliczyć bardzo niskie natężenia światła, od dwóch do trzech rzędów wielkości niższe niż typowe natężenia światła stosowane w sondach fluorescencyjnych. Ponadto cząsteczki fluorescencyjne są podatne na wybielanie i generują szkodliwe wolne rodniki tlenowe.
