O grafeno ajuda a penetrar no cérebro. Notícias gratuitas da biblioteca técnica

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Grafeno ajuda a entrar no cérebro

17.01.2017

O cérebro humano é um sistema extraordinariamente complexo e único, e existem muitos métodos para estudá-lo. Podemos julgar os processos de informação no cérebro por mudanças nos contatos interneuronais - sinapses, ou por mudanças na circulação sanguínea - as áreas de trabalho requerem mais nutrientes e oxigênio; e o estudo do cérebro humano, em essência, se reduz à observação desses dois tipos de atividade, manifestada em resposta a vários estímulos.

Normalmente, para estudos neurofisiológicos, são implantados no cérebro matrizes especiais de microeletrodos (isto é, muitos eletrodos instalados em uma matriz comum), que possibilitam detectar um sinal elétrico em vários lugares ao mesmo tempo. Dependendo do experimento, essas matrizes são implantadas na superfície do cérebro ou profundamente nele.

Matrizes de microeletrodos geralmente têm uma série de desvantagens: contatos opacos, transparência limitada do material como um todo e transmitância não uniforme para diferentes comprimentos de onda. Eles são muitas vezes feitos de um material resistente e biocompatível, ao qual o cérebro reage com inflamação. Idealmente, as matrizes devem ser transparentes em uma ampla faixa para que os neurônios possam ser estimulados com luz de diferentes frequências, do espectro azul (usado em optogenética) ao infravermelho (usado na microscopia de fluorescência de dois fótons), flexível e biocompatível. Também é desejável que sejam finos o suficiente - com a devida transparência, isso permite otimizar a coleta óptica de informações.

Para neuroeletrodos de matriz, materiais como óxido de titânio índio pulverizado com titânio (ITO) ou zircônio são frequentemente usados. Eles transmitem 80% e 60% da luz, respectivamente, mas o rendimento é altamente dependente do comprimento de onda, o que dificulta a combinação de vários métodos que usam diferentes comprimentos de onda de luz para neuroestimulação ou detecção de sinal de resposta.

Físicos e neurocientistas americanos desenvolveram novas matrizes de microeletrodos baseadas em grafeno. O grafeno é um cristal de átomos de carbono em forma de favo de mel, com um ou mais átomos de espessura - na verdade, é um cristal bidimensional. Se fizermos muitas camadas de grafeno em uma pilha, obteremos grafite, bem conhecido de todos.

O grafeno é muito flexível e ao mesmo tempo muito forte por sua espessura. Também possui uma transparência de cerca de 90% no espectro do ultravioleta ao infravermelho, e é um excelente condutor de corrente. Está claro por que muitos pesquisadores estão estudando ativamente o grafeno e a possibilidade de usá-lo para criar eletrodos finos e flexíveis.

Os neurocientistas têm grandes esperanças em sua invenção: eles estão confiantes de que ela pode ser adaptada para uma variedade de estudos sobre o estudo da atividade cerebral, bem como para a criação de implantes. Além disso, essa matriz de microeletrodos também é útil em experimentos com culturas celulares, nas quais é muito importante monitorar o crescimento celular.

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A osteoporose é uma doença em que o tecido ósseo se torna menos denso e muito frágil. Além do fato de que a patologia afeta a condição dos ossos, também prejudica a função dos implantes ósseos de titânio. Como há menos osso no local do implante, os implantes podem facilmente se soltar, muitas vezes resultando em inflamação.

Um revestimento bioativo feito de um glicano quimicamente modificado (cadeia de açúcares) pode consistentemente "ligar" e "desligar" a inflamação em implantes ósseos. No cenário da osteoporose, ele primeiro ativa a "boa inflamação", instruindo os macrófagos humanos a liberar moléculas que podem ativar as células ósseas e promover a cicatrização. Quando as células ósseas crescem e funcionam até certo ponto, elas naturalmente liberam uma enzima chamada fosfatase alcalina para separar o glicano quimicamente modificado da superfície do titânio. Essa "bala de açúcar" pode matar macrófagos depois que eles fizerem seu trabalho.

A principal vantagem deste revestimento é maximizar a capacidade do número limitado de células ósseas ao redor dos implantes na osteoporose.

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