Uno studio condotto dalla SISSA e pubblicato su Nanotecnologia della natura riporta per la prima volta il fenomeno della cattura ionica da parte dei tappeti di grafene e il suo effetto sulla comunicazione tra neuroni. I ricercatori hanno osservato un aumento dell'attività delle cellule nervose cresciute su un singolo strato di grafene. Combinando approcci teorici e sperimentali, hanno dimostrato che il fenomeno è dovuto alla capacità del materiale di 'intrappolare' sulla sua superficie diversi ioni presenti nell'ambiente circostante, modulandone la composizione. Il grafene è il materiale bidimensionale più sottile oggi disponibile, caratterizzato da incredibili proprietà di conducibilità, flessibilità e trasparenza. Nonostante ci siano grandi aspettative per le sue applicazioni in campo biomedico, solo pochissimi lavori hanno analizzato le sue interazioni con il tessuto neuronale.

Lo studio condotto dalla SISSA—Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, in collaborazione con l'Università di Anversa (Belgio), l'Università di Trieste e l'Istituto di Scienza e Tecnologia di Barcellona (Spagna). I ricercatori hanno analizzato il comportamento dei neuroni cresciuti su un singolo strato di grafene, osservando un rafforzamento nella loro attività. Attraverso approcci teorici e sperimentali, i ricercatori hanno dimostrato che tale comportamento è dovuto alla ridotta mobilità ionica, in particolare di potassio, all'interfaccia neurone-grafene. Questo fenomeno è comunemente chiamato intrappolamento ionico, già compreso a livello teorico, ma osservata sperimentalmente per la prima volta solo ora.

"È come se il grafene si comportasse come un magnete ultrasottile sulla cui superficie rimangono intrappolati alcuni degli ioni potassio presenti nella soluzione extracellulare tra le cellule e il grafene. È questa piccola variazione che determina l'aumento dell'eccitabilità neuronale, "dice Denis Scaini, un ricercatore della SISSA che ha guidato lo studio insieme a Laura Ballerini.

Lo studio ha anche dimostrato che questo rafforzamento si verifica quando il grafene stesso è supportato da un isolante, come il vetro, o sospeso in soluzione mentre scompare quando è adagiato su un conduttore. "Il grafene è un materiale altamente conduttivo che potenzialmente potrebbe essere utilizzato per rivestire qualsiasi superficie. Capire come varia il suo comportamento a seconda del substrato su cui viene posato è fondamentale per le sue future applicazioni, soprattutto, in campo neurologico. Considerando le proprietà uniche del grafene, è naturale pensare, Per esempio, sullo sviluppo di elettrodi innovativi per la stimolazione cerebrale o dispositivi visivi, "dice Scaini.

È uno studio con un doppio esito. Laura Ballerini dice, "Questo effetto 'trappola ionica' è stato descritto solo in teoria. Studiando l'impatto della tecnologia dei materiali sui sistemi biologici, abbiamo documentato un meccanismo per regolare l'eccitabilità di membrana, ma allo stesso tempo, abbiamo anche descritto sperimentalmente una proprietà del materiale attraverso la biologia dei neuroni".