En av de största utmaningarna inom kognitiv eller rehabiliteringsneurovetenskap är förmågan att designa ett funktionellt hybridsystem som kan ansluta och utbyta information mellan biologiska system, som neuroner i hjärnan, och konstgjorda elektroniska apparater. En stor tvärvetenskaplig insats av forskare i Italien samlade fysiker, apotek, biokemister, ingenjörer, molekylära biologer och fysiologer för att analysera biokompatibiliteten hos substratet som används för att ansluta dessa biologiska och konstgjorda komponenter, och undersöka funktionen hos de vidhäftande cellerna, skapa ett levande biohybridsystem.

I en artikel som visas i veckan i AIP Advances , forskargruppen använde växelverkan mellan ljus och materia för att undersöka materialegenskaperna på molekylär nivå med hjälp av Raman -spektroskopi, en teknik som tills nu, har huvudsakligen tillämpats på materialvetenskap. Tack vare kopplingen av Raman -spektrometern med ett mikroskop, spektroskopi blir ett användbart verktyg för att undersöka mikroobjekt som celler och vävnader. Ramanspektroskopi ger tydliga fördelar för denna typ av undersökning:Molekylkompositionen och modifieringen av subcellulära fack kan erhållas under etikettfria förhållanden med icke-invasiva metoder och under fysiologiska förhållanden, möjliggör undersökning av ett stort antal biologiska processer både in vitro och in vivo.

När substratets biokompatibilitet analyserats och de vidhäftande cellernas funktionalitet undersökts, nästa del av detta pussel är att ansluta till den elektroniska komponenten. I detta fall användes en memristor.

"Dess namn avslöjar dess särart (MEMory ResISTOR), det har ett slags "minne":beroende på mängden spänning som har applicerats på det tidigare, det kan variera sitt motstånd, på grund av en förändring av dess mikroskopiska fysikaliska egenskaper, "sa Silvia Caponi, fysiker vid Italiens nationella forskningsråd i Rom. Genom att kombinera memristors, det är möjligt att skapa vägar inom de elektriska kretsarna som fungerar liknande de naturliga synapserna, som utvecklar variabel vikt i sina kopplingar för att reproducera den adaptiva/inlärningsmekanismen. Skikt av organiska polymerer, som polyanilin (PANI) en halvledarpolymer, har också memristiva egenskaper, så att de kan arbeta direkt med biologiska material i ett hybridbioelektroniskt system.

"Vi tillämpade analysen på en hybridbioinspirerad enhet men i en framtidsvy, detta arbete ger bevis på konceptet för en integrerad studie som kan analysera status för levande celler i en mängd olika applikationer som kombinerar nanovetenskap, neurovetenskap och bioelektronik, "sade Caponi. Ett naturligt långsiktigt mål med detta arbete skulle vara att ansluta maskiner och nervsystem så smidigt som möjligt.

Det tvärvetenskapliga teamet är redo att bygga vidare på detta principbevis för att inse potentialen i memristornätverk.

"En gång säkerställd biokompatibilitet för de material på vilka neuroner växer, "sa Caponi, "vi vill definiera materialen och deras funktionaliseringsprocedurer för att hitta den bästa konfigurationen för neuron-memristor-gränssnittet för att leverera ett fullt fungerande hybridbio-memristivt system."