Vår nuvarande förståelse av hur hjärnan fungerar är mycket dålig. De elektriska signalerna färdas runt hjärnan och genom hela kroppen, och de biologiska vävnadernas elektriska egenskaper studeras med hjälp av elektrofysiologi. För att få en stor amplitud och en hög kvalitet på neuronala signaler, intracellulär inspelning är en kraftfull metod jämfört med extracellulär inspelning för att mäta spänningen eller strömmen över cellmembranen. Nanotråd- och nanorörsbaserade enheter har utvecklats för intracellulära inspelningstillämpningar för att visa fördelarna med dessa enheter med hög rumslig upplösning och hög känslighet.

Dock, längden på dessa nanotråds-/nanorörelektrodenheter är för närvarande begränsad till mindre än 10 µm på grund av processproblem som uppstår under tillverkning av nanoskalaenheter med högt bildförhållande, som är mer än 10 µm långa. Således, konventionella nanoenheter är inte tillämpliga på neuroner/celler i tjocka biologiska vävnader, inklusive hjärnskivor och hjärna in vivo.

En forskargrupp vid Institutionen för elektrisk och elektronisk informationsteknik och Electronics-Inspired Interdisciplinary Research Institute (EIIRIS) vid Toyohashi University of Technology har utvecklat tredimensionella mikrobehov?e-baserade nanoskala-tipped electrodes (NTEs) som är längre än 100 µm. Nålens längd överstiger den för konventionella nanotråd/nanorör-baserade intracellulära enheter, på så sätt utöka utbudet av applikationer för nanoenheter vid intracellulär inspelning, såsom penetration av djup vävnad. Dessutom, de utför intracellulära inspelningar med hjälp av muskelceller.

"En teknisk utmaning inom elektrofysiologi är intracellulära inspelningar i en tjock biologisk vävnad. Till exempel, en nållängd på mer än 40 µm är nödvändig för att utföra hjärnskivningsexperiment. Dock, det är nästan omöjligt att penetrera nålar i nanoskala med ett högt bildförhållande, på grund av den långa hårliknande nanostrukturen som har otillräcklig styvhet. Å andra sidan, vår NTE, som är 120 µm lång konformad elektrod, har tillräcklig styvhet för att slå vävnader och celler", förklarar den första författaren doktorand, Yoshihiro Kubota.

Ledaren för forskargruppen, Docent Takeshi Kawano sa "Även om vi visade de preliminära resultaten av vår NTE-enhet, batchtillverkning av sådana intracellulära elektroder, som har en nållängd över 100 µm, bör leda till framsteg inom enhetsteknologierna. Detta kommer så småningom att leda till realisering av multisite, djup-intracellulära registreringar för biologiska vävnader, inklusive hjärnskivor och hjärna in vivo, som är bortom kapaciteten hos konventionella intracellulära enheter."

Enligt forskargruppen, NTE har potential att användas i celler som är djupt inne i en biologisk vävnad, inklusive hjärnskiva och hjärna in vivo, därmed påskynda förståelsen av hjärnan.