Nano Elektrot Dizisi:
Hücrelerin Ağından Sinyal İzleme

Harvard Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, canlı hücrelerdeki elektrik sinyallerini görüntüleyebilen bir nano elektrot dizisi geliştirdiler. Farklı teknolojiler de bu sinyalleri ölçebiliyor fakat bu teknolojinin farkı; CNEA olarak adlandırılan kompleks metal oksit yarıiletken nano-elektrot dizisidir. Bu sinyali bir bütün hücre ağı boyunca ölçebilir.

A- A+

22.02.2017 tarihli yazı 10775 kez okunmuştur.

Nanoteknoloji Sinyal Elektrot

Harvard profesörlerinden DonbeeHam’a göre, “Bir görüntü oluşturmak için bir piksel dizideki her dedektörün ışık sinyalini birleştirenbir görüntüleyiciyi andıran CNEA, tüm hücre kültürünün şebeke seviyesindeki elektriksel aktiviteleri haritalamak için her hücredeki elektrik sinyallerini birleştiriyor.” Bu ağ seviyesindeki hücre içi kayıt kapasitesi, ilaçların kalp kası dokusu ağı üzerindeki etkisini gözlemlemek için, kullanılabilecek ilaçların doku tabanlı taramasını yapmak gibi işlemler için kullanılabilir. Ayrıca hücrelerin bir ağ üzerinden birbirleriyle nasıl iletişim kurduğunu daha iyi anlamanıza yardımcı olabilir.

►İlginizi Çekebilir: Elektronlar | 1. Bölüm

Nature Nanoteknoloji dergisinde açıklanan araştırmalara göre, Harvard ekibi tarafından hazırlanan CNEA cihazı, çipin yüzeyindeki nanometrik elektrotlar ve üstte bir hücre kültürü odası olması dışında, normal bir CMOS entegre devresine benziyor. CNEA aygıtı, her bir pikseldeki merkez arasındaki mesafenin 126 mikrometre olan sonraki basamağın merkezine (aralığı) olan 1.024 (32x32) piksel bir dizi içermektedir. Nano elektrotun yanı sıra, her piksel elektrofizyolojik olayları kaydetmek için bir amplifikatör, hücre zar voltajını manipüle eden bir uyarıcı ve kayıt ve uyarılma arasındaki piksel işleminin durumunu değiştirmek için bir bellek içerir.

Jambon’un açıklamasına göre, “Çalışma sırasında hücreler çipin hemen üstünde kültürlenir ve nano elektrotlarla doğrudan temas halindedir. Hücrelerden gelen elektrik sinyaller nano elektrotlar tarafından toplanır, yükseltilir ve çip üzerinde çoğaltılır. Çipin takılı olduğu özelleştirilmiş bir baskılı devre yoluyla aktarılır ve en sonunda bir veri toplama kartı ve PC tarafından okunur.”

►İlginizi Çekebilir: Elektroliz Nedir?

CNEA cihazının görünümü ve çalışması, tüm elektrofizyolojik görüntülemenin kaydedilmesine yol açan mikroelektrot dizileri (MEA’lar) ve düzlemsel yama kenetleme çiplerine çok benzemektedir. Bununla birlikte, CNEA cihazı bu iki teknolojiden ayrılıp, onların zayıf yönlerini ortadan kaldırırken en büyük güçlerini tek bir cihazda birleştirmeyi başarıyor. MEA’lar sadece hücrenin dışından gelen sinyalleri kaydedebilir. Bu sinyaller, hücre içi kayıtta yüksek duyarlılık özelliğine sahip değildir. Mikro-akışkan yama-kelepçe dizileri, yüksek hassasiyetli hücre içi sinyalleri kaydedebilir fakat bunu bir hücre ağı seviyesinde yapamaz.

Ham’a göre, CNEA cihazlarının üretiminde iki büyük zorluk var. Bunlardan birincisi; bir dökümhanede imal edilen CMOS yongasının üstüne inşa edilen nano elektrottur. İkincisi ise, bu kadar küçük ve yüksek empedanslı elektrotlar ile arayüz oluşturabilen bir ön uç devleri (amplifikatörler) geliştirmektir. Ham ve meslektaşları bu zorlukların üstesinden gelmesine rağmen, cihaz henüz ticarileşmeye hazır değildir. Cihazın ticarileşmesi için mühendislik çalışmaları devam etmektedir. Özellikle, üretim süreci standartlaştırılmalı ve elektrot/hücre arayüzü daha iyi anlaşılmalı ve optimize edilmelidir.

Nöronal ağların in vivo sorgulanması için üç boyutlu nanoelektrot dizisi (3D-NEA)

Yükseltilmiş CMOS devresi, daha iyi devre performansı ve piksel seviyesinde daha fazla işlevsellik ile daha fazla elektrot ve daha ince bir adıma sahip olacaktır. İyileştirilmiş nanoelektrotlar, hücrelerden edinilen sinyalleri iyileştirecek ve platformun hem in vitro (hücre kültürü) hem de exvivo (doku dilimleri) sistemlerindeki farklı hücre türleri için kullanılmasına izin verecektir.

Kaynak:

►Spectrumiee
►Researchgate
►MyUMBC