En studie ledd av SISSA och publicerad i Naturens nanoteknik rapporterar för första gången fenomenet jonfångning av grafenmattor och dess effekt på kommunikationen mellan neuroner. Forskarna har observerat en ökning av aktiviteten hos nervceller som odlas på ett enda lager grafen. Genom att kombinera teoretiska och experimentella metoder, de har visat att fenomenet beror på materialets förmåga att "fånga" flera joner som finns i den omgivande miljön på dess yta, modulerar dess sammansättning. Grafen är det tunnaste tvådimensionella materialet som finns tillgängligt idag, kännetecknas av otroliga konduktivitetsegenskaper, flexibilitet och transparens. Även om det finns stora förväntningar på dess tillämpningar inom det biomedicinska området, endast mycket få verk har analyserat dess interaktioner med neuronal vävnad.

Studien utförd av SISSA—Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, i samarbete med universitetet i Antwerpen (Belgien), universitetet i Trieste och Institutet för vetenskap och teknik i Barcelona (Spanien). Forskarna analyserade beteendet hos neuroner som odlats på ett enda lager av grafen, observera en förstärkning i sin verksamhet. Genom teoretiska och experimentella tillvägagångssätt, forskarna har visat att sådant beteende beror på minskad jonrörlighet, särskilt av kalium, till neuron-grafengränssnittet. Detta fenomen kallas vanligtvis jonfångning, redan förstått på teoretisk nivå, men observerade experimentellt för första gången först nu.

"Det är som om grafen beter sig som en ultratunn magnet på vars yta en del av de kaliumjoner som finns i den extracellulära lösningen mellan cellerna och grafenet förblir fångade. Det är denna lilla variation som bestämmer ökningen av neuronal excitabilitet, säger Denis Scaini, en forskare vid SISSA som ledde studien tillsammans med Laura Ballerini.

Studien har också visat att denna förstärkning uppstår när själva grafenet stöds av en isolator, som glas, eller upphängd i lösning medan den försvinner när den ligger på en ledare. "Grafen är ett mycket ledande material som potentiellt skulle kunna användas för att belägga vilken yta som helst. Att förstå hur dess beteende varierar beroende på underlaget som det läggs på är viktigt för dess framtida tillämpningar, framför allt, inom det neurologiska området. Med tanke på grafens unika egenskaper, det är naturligt att tänka, till exempel, om utvecklingen av innovativa elektroder för cerebral stimulering eller visuella enheter, säger Scaini.

Det är en studie med dubbelt utfall. Laura Ballerini säger, "Denna "jonfälla"-effekt beskrevs endast i teorin. Studera effekten av materialteknologin på biologiska system, vi har dokumenterat en mekanism för att reglera membranexcitabilitet, men samtidigt, vi har också experimentellt beskrivit en egenskap hos materialet genom neuronernas biologi."