За десятилетия исследования электрических сигналов в живых клетках использовали инвазивные микродатчики и оптические методы, такие как кальциевое изображение, способное лишь косвенно отражать изменения мембранного потенциала. Традиционные микродатчики обеспечивали точные измерения, но их масштабирование ограничивалось повреждением тканей при широком применении.
Специалисты из Университета Калифорнии в Сан-Диего продемонстрировали метод, позволяющий регистрировать электросигналы клеток с использованием только света. Исследование, опубликованное в журнале Nature Photonics, основывается на применении атомно тонких полупроводниковых материалов, способных улавливать квантовые эффекты.
Суть метода заключается в использовании монолейных полупроводников, таких как молибден-сульфид, где электроны ограничены в двух измерениях. В этих структурах электроны могут находиться либо в виде нейтральных экситонов, либо как заряженные трионы, возникающие при воздействии электрического поля.
Изменения фотолюминесценции материала отражают спонтанное превращение экситонов в трионы под влиянием электрических сигналов клеток, что позволяет регистрировать активность сердечных клеток в режиме реального времени. Применение данного подхода обеспечивает прямую фиксацию потенциалов, обходя необходимость косвенных измерений.
Ключевым элементом эксперимента стал монолейный молибден-сульфид, отличающийся высокой биосовместимостью и наличием естественных вакансий серы. Эти дефекты способствуют накоплению трионов, повышая чувствительность материала к микроскопическим электрическим полям, генерируемым клетками.
Преимущество нового метода заключается в полной неинвазивности регистрации сигналов, высокой скорости и разрешении измерений. Такой подход открывает широкие возможности для исследования нервной, сердечной и панкреатической активности, а также способствует разработке методов глубокой стимуляции мозга при лечении заболеваний, таких как болезнь Паркинсона и аритмии.
Руководитель исследования, профессор Эртугруль Чубукчу из кафедры химической и наноинженерии UC San Diego Jacobs School of Engineering, объединил усилия инженеров и учёных для создания междисциплинарного метода, способного преодолеть ограничения традиционных электрофизиологических и оптических техник.
Применение квантовых свойств при переходе от экситонов к трионам демонстрирует значительный потенциал в диагностике и терапии, позволяя проводить высокоточные исследования клеточных сетей и разрабатывать новые стратегии неинвазивного контроля электрической активности живых систем.
Изображение носит иллюстративный характер
Специалисты из Университета Калифорнии в Сан-Диего продемонстрировали метод, позволяющий регистрировать электросигналы клеток с использованием только света. Исследование, опубликованное в журнале Nature Photonics, основывается на применении атомно тонких полупроводниковых материалов, способных улавливать квантовые эффекты.
Суть метода заключается в использовании монолейных полупроводников, таких как молибден-сульфид, где электроны ограничены в двух измерениях. В этих структурах электроны могут находиться либо в виде нейтральных экситонов, либо как заряженные трионы, возникающие при воздействии электрического поля.
Изменения фотолюминесценции материала отражают спонтанное превращение экситонов в трионы под влиянием электрических сигналов клеток, что позволяет регистрировать активность сердечных клеток в режиме реального времени. Применение данного подхода обеспечивает прямую фиксацию потенциалов, обходя необходимость косвенных измерений.
Ключевым элементом эксперимента стал монолейный молибден-сульфид, отличающийся высокой биосовместимостью и наличием естественных вакансий серы. Эти дефекты способствуют накоплению трионов, повышая чувствительность материала к микроскопическим электрическим полям, генерируемым клетками.
Преимущество нового метода заключается в полной неинвазивности регистрации сигналов, высокой скорости и разрешении измерений. Такой подход открывает широкие возможности для исследования нервной, сердечной и панкреатической активности, а также способствует разработке методов глубокой стимуляции мозга при лечении заболеваний, таких как болезнь Паркинсона и аритмии.
Руководитель исследования, профессор Эртугруль Чубукчу из кафедры химической и наноинженерии UC San Diego Jacobs School of Engineering, объединил усилия инженеров и учёных для создания междисциплинарного метода, способного преодолеть ограничения традиционных электрофизиологических и оптических техник.
Применение квантовых свойств при переходе от экситонов к трионам демонстрирует значительный потенциал в диагностике и терапии, позволяя проводить высокоточные исследования клеточных сетей и разрабатывать новые стратегии неинвазивного контроля электрической активности живых систем.
