Пухнастий графен перевершив оптогенетику
Вчені винайшли спосіб оптичної стимуляції клітин за допомогою фототермічних перетворювачів з пухнастого графена, вирощених на кремнієвій нанопроволоці. Він дає можливість відмовитися від оптогенетики, оскільки набагато точніше її, безпечніше і дозволяє досліджувати тривимірні клітинні культури. Стаття опублікована в
Сахіл Расторжі (Sahil K. Rastogi) з Університету Карнегі - Меллона в Пітсбурзі і його колеги придумали, як змусити клітини реагувати на слабке світло без використання оптогенетики. Для цього вони взяли дріт з кремнію наноскопічної товщини і виростили вздовж неї пластівці графена.
В результаті вийшла пухнаста конструкція, в якій відстань між кожним шматочком приблизно 0,1-0,2 нанометрів. За рахунок великої площі поверхні структура ефективно поглинає світло (близько 95 відсотків), виробляючи тепло. Під впливом мілісекундного імпульсу зеленого лазера потужністю два мілівати температура підвищується на два градуси, що на кілька порядків більше, ніж при використанні золотих фототермічних елементів.
Для експерименту вчені виростили культуру нейронів спинального ганглію щурів і ввели в неї суспензію пухнастого графена з водою. Через добу електронна мікроскопія показала, що графенно-кремнієві композити не проникли всередину клітин, а осіли на мембрані, що мінімізує ймовірність пошкодити або отруїти нейрони. Потім на графен почали світити лазером, чому він нагрівався і передавав тепло мембрані. В результаті різкого перепаду температури змінювалася її електрична ємність, під дією чого мембрана втрачала поляризацію, що призводило до передачі нейроном імпульсу.
Головна перевага нового методу полягає в зручності роботи з багатошаровими тривимірними клітинними структурами. Оскільки графенно-кремнієві композити за розміром набагато менше клітини, можна вибирати, які з них висвітлити тонким променем. Отже, таким чином можна потрапити у фототермічний елемент нижнього шару, навмисно промахуючись повз графену верхнього шару. За рахунок цього можна дослідити роботу не тільки почесних, але і складних об'ємних клітинних структур.
Раніше дослідникам вдалося зробити з графена прозору однопіксельну камеру і аномальну термопару, яка використовує єдину речовину.