研究人员翻转开关使微传感器对生物分子超级敏感

由纽约大学坦登工程学院的研究人员领导的一个团队找到了一种提高电化学微传感器性能的新方法。这一发现可能导致检测生物分子,如多巴胺,其浓度低于目前可能的浓度。他们的发现在发表在《生物传感器和生物电子学》杂志上的一篇论文中有所描述。

大脑中的多巴胺分子活动与诸如动机、运动控制、强化和奖励等重要功能有关。研究人员和临床医生通常通过由碳制成的电化学微传感器来监测大脑中的神经递质活动。然而,由于其灵敏度有限,现有的微传感器只能检测多巴胺水平的巨大变化。他们还可以一次仅从大脑中的一个位置进行记录。

为了支持大脑中多巴胺活动的多位点映射,纽约大学 Tandon 研究小组最近开发了使用碳纳米材料(称为纳米石墨碳)的平面微传感器。

“我们使用纳米制造技术,类似于用于在消费电子产品中构建芯片的技术,来创建许多平面电化学微传感器阵列,”电气和计算机工程副教授兼该研究的首席研究员 Davood Shahrjerdi 说。“我们的传感器很小——可与神经元细胞体相媲美——并且可以相互靠近以进行更高空间分辨率的记录,”他补充道。

该团队的一个重要发现是,可以通过设计纳米石墨碳的材料结构来调整传感器性能。传感器开发的细节在之前发表在《科学报告》中的一篇论文中有所描述。

“我们在《科学报告》中的研究表明,如果我们降低工作电压,传感器性能应该保持不变,因为传感器性能受材料结构控制,”Shahrjerdi 补充道。

然而,该团队得出了一个令人惊讶的观察结果,即通过降低操作电压,传感器输出响应多巴胺分子的幅度会增加。

“我们最初认为测量结果可能有问题,”Edoardo Cuniberto 博士说。纽约大学坦登纽约大学纳米实验室的学生,他是该研究的主要作者。“通过一年多的重要额外实验和理论模拟,我们不仅证实了我们最初的观察,而且还能够解释我们惊人观察背后的物理原理,”Cuniberto 解释说。

研究人员通过将新的电压相关现象与他们设计材料结构的方法相结合,展示了具有创纪录性能的传感器。“我们很高兴探索我们的新传感器技术在未来大脑研究中的前景,”Shahrjerdi 说。

除了 Cuniberto 之外,该团队还包括朱军博士,博士。纽约大学坦顿分校的学生;纽约大学坦顿分校的 Abdullah Alharbi 和沙特阿拉伯利雅得的阿卜杜勒阿齐兹国王科技城;以及纽约大学神经科学中心的 Ting Wu 和 Roozbeh Kiani。

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