Новая технология изготовления внутриклеточных электродов позволит регистрировать активность отдельных клеток в глубине живых тканей и органов, в том числе и в головном мозге. Описание концепции и первые результаты ее испытаний публикует журнал Small.

Максимальную точность и максимальное разрешение при регистрации электрической активности клеток головного мозга дают методы, основанные на введении микро- и наноразмерных электродов непосредственно в отдельные нейроны. Однако технические трудности изготовления «игл» такого диаметра не позволяют получить электроды длиннее примерно 10 мкм, поэтому такие наблюдения ограничиваются лишь поверхностным слоем и не способны показать происходящее в живом мозге или в срезе на глубине хотя бы в несколько десятков микрон. Для преодоления этих ограничений может быть использовано наноустройство, представленное группой ученых из Технологического университета в Тоёхаси, работающей под руководством профессора Такеси Кавано (Тakeshi Kawano). Разработанные ими конусовидные внутриклеточные электроды (NTE, Nanoscale-Tipped Electrodes) достаточно длинны и прочны для того, чтобы проникать сквозь клетки и ткани. Диаметр кончика иглы NTE в несколько раз шире, чем у предложенных ранее электродов на основе кремниевых нанотрубок – до 300 нм против 50–150 нм – зато длина увеличилась на порядок, с 1,5–10 мкм до 120 мкм.

Toyohashi University of Technology

Японские ученые получали иглы NTE осаждением испаренных атомов кремния на кристаллической подложке, методом молекулярно-пучковой эпитаксии. В сверхвысоком вакууме и при повышенной температуре электрод медленно наращивался, удлиняясь, как сталагмит, со скоростью 1,4 мкм/мин. Диаметр NTE контролировали, вводя в смесь кислородную плазму, так что толщина его последовательно уменьшалась со 100 мкм до 60, а затем и 30 мкм. На эту основу напыляли электропроводящий слой иридия, а затем «укрепляющий» защитный слой из парилена (поли-n-ксилилена), который оставлял открытым лишь тонкий кончик иглы.

Работоспособность электрода авторы продемонстрировали, измерив мембранные потенциалы клеток в глубине передней большеберцовой мышцы мышей. Полученные результаты указывают на возможность создания систем многоточечного внутритканевого мониторинга активности клеток в живых тканях, в том числе в работающем головном мозге подопытных животных.

Автор: Роман Фишман