Ett team ledd av forskare vid New York University Tandon School of Engineering har hittat ett nytt sätt att förbättra prestandan hos elektrokemiska mikrosensorer. Denna upptäckt kan leda till upptäckt av biomolekyler, som dopamin, vid lägre koncentrationer än vad som är möjligt idag. Deras resultat beskrivs i en artikel publicerad i tidskriften Biosensorer och bioelektronik .

Dopaminmolekylaktivitet i hjärnan är förknippad med viktiga funktioner som motivation, Motor kontroll, förstärkning, och belöning. Forskare och läkare övervakar vanligtvis neurotransmittoraktivitet i hjärnan genom elektrokemiska mikrosensorer gjorda av kol. Dock, på grund av deras begränsade känslighet, existerande mikrosensorer kan bara upptäcka stora förändringar i dopaminnivåer. De kan också spela in från endast en plats i hjärnan åt gången.

För att stödja kartläggningen av dopaminaktiviteter på flera platser i hjärnan, NYU Tandon-forskarteamet utvecklade nyligen plana mikrosensorer som använder ett kolnanomaterial, kallas nanografitiskt kol.

"Vi använder nanotillverkningstekniker, liknande de som används för att bygga chips i hemelektronik, att skapa en uppsättning av många plana elektrokemiska mikrosensorer, " sa Davood Shahrjerdi, docent i el- och datateknik och huvudutredare av studien. "Våra sensorer är små - jämförbara med en neuroncellkropp - och kan packas nära varandra för inspelningar med högre rumslig upplösning, " han lade till.

En viktig upptäckt av teamet är att sensorns prestanda kan justeras genom att konstruera materialstrukturen för det nanografitiska kolet. Detaljerna om sensorutvecklingen beskrivs i en tidigare publicerad artikel som publicerades i Vetenskapliga rapporter .

"Vår studie i Vetenskapliga rapporter föreslår att sensorns prestanda ska förbli oförändrad om vi minskar driftspänningen, eftersom sensorns prestanda styrs av materialstrukturen, " tillade Shahrjerdi.

Dock, teamet gjorde en överraskande observation att amplituden på sensorns utsignal som svar på dopaminmolekyler ökades genom att minska driftspänningen.

"Vi trodde först att det kanske var något fel med mätningarna, sade Edoardo Cuniberto, en Ph.D. student i NYU Nanolab vid NYU Tandon, vem som är huvudförfattare i studien. "Med över ett år av betydande ytterligare experiment och teoretiska simuleringar, vi bekräftade inte bara vår första observation, men vi kunde också förklara fysiken bakom vår överraskande observation, " förklarade Cuniberto.

Utredarna demonstrerade sensorer med rekordprestanda genom att kombinera det nya spänningsberoende fenomenet med deras tillvägagångssätt att konstruera materialstrukturen. "Vi är glada över att utforska utsikterna för vår nya sensorteknologi för framtida hjärnstudier, sa Shahrjerdi.

Förutom Cuniberto, laget inkluderade Zhujun Huang, en Ph.D. student vid NYU Tandon; Abdullah Alharbi från NYU Tandon och kungen Abdulaziz City for Science and Technology, Riyadh, Saudiarabien; och Ting Wu och Roozbeh Kiani från NYU Center for Neural Science.