سیم نانویی که شیمی سلامت مغز را مشخص می‌کند

محققان دانشگاه ایالتی میشیگان با همکاری دانشگاه استنفورد رشته‌ انعطاف‌پذیری از جنس گرافن به نام «NeuroString» ساخته‌اند که قابل کاشت در بدن بوده و می‌توان با استفاده آن شیمی سلامت مغز را بررسی کرد.

جینکسینگ لی، از محققان این پروژه در برای طراحی کاوشگر NeuroString حدود یک سال وقت صرف آزمایش مواد مختلف کرد. محققان می‌دانستند که می‌خواهند از کربن برای خواص الکتروشیمیایی آن استفاده کنند. کربن می‌تواند به طور حساس و انتخابی مواد شیمیایی مورد نظر را تشخیص دهد و در عین حال خواص الکتریکی جذابی را برای اتصال به مدار ارائه دهد.

اما کربن به اشکال مختلفی از جمله گرافیت، نانولوله‌ها و الماس وجود دارد. پس از غربالگری گسترده، این تیم تصمیم گرفت از استفاده کند.

لی گفت: «ما متوجه شدیم که گرافن گزینش‌پذیری و حساسیت بسیار خوبی به ما می‌دهد و همچنین می‌توانیم آن را در یک ماتریس لاستیکی نرم جاسازی کنیم. گرافن به خودی خود خیلی کشش‌پذیر نیست، اما اگر به صورت شبکه‌ای در هم پیچیده شود و در لاستیک جاسازی شود، کشش‌پذیر می‌شود.»

این نوع ساختار سه‌بعدی مثل یک کیریگامی است. بائو گفت: «این حسگر نرم و الاستیک است، مانند یک نوار لاستیکی، که هنگام کاشت در مغز یا روده، که نه تنها نرم است، بلکه دائما در حال حرکت است و آسیبی ایجاد نمی‌کند. این تیم در حال حاضر پیشرفت‌هایی را برای NeuroString قبل از آزمایش‌های بالینی در انسان در نظر گرفته است. در حال حاضر، عرض این حسگر با موی انسان قابل مقایسه است. هدف این است که آن را به اندازه یک سلول نزدیکتر کنیم یا قطر آن را حدود ۹۰ درصد کاهش دهیم.  عدم تعادل در مواد شیمیایی شناخته شده به عنوان انتقال‌دهنده‌های عصبی، مانند دوپامین و سروتونین، با بسیاری از شرایط سلامت روان و بیماری‌های عصبی، از جمله اعتیاد، افسردگی و بیماری پارکینسون مرتبط است. این تیم NeuroString را برای اندازه‌گیری دوپامین و سروتونین موجود در مغز و سیستم عصبی روده‌ای طراحی کرد که نقش کلیدی در سلامت جسمی و سلامت روانی دارد. دوپامین بیشتر به دلیل نقش خود در سیستم پاداش مغز شناخته شده است. سروتونین هدف داروهای ضد افسردگی مانند پروزاک است. هر دو انتقال‌دهنده عصبی نیز در خواب، حرکت و هضم نقش دارند. ایمپلنت‌های موجود که دوپامین و سروتونین را اندازه‌گیری می‌کنند از مواد سفت و شکننده از جمله شیشه و میله‌های کربنی ساخته شده‌اند. این نوع ایمپلنت‌های صلب، نه تنها ممکن است که خرد شوند، بلکه سلول‌ها را ملتهب کرده و ایمپلنت را تخریب می‌کنند. در نتیجه می‌توان گفت که ضرورت ساخت حسگرها برای چنین اندازه‌گیری‌هایی وجود دارد.