Un team guidato da ricercatori della Tandon School of Engineering della New York University ha trovato un nuovo modo per migliorare le prestazioni dei microsensori elettrochimici. Questa scoperta potrebbe portare alla rilevazione di biomolecole, come la dopamina, a concentrazioni inferiori a quelle oggi possibili. I loro risultati sono descritti in un articolo pubblicato sulla rivista Biosensori e Bioelettronica .

L'attività della molecola della dopamina nel cervello è associata a funzioni importanti come la motivazione, controllo del motore, rinforzo, e ricompensa. Ricercatori e medici comunemente monitorano l'attività dei neurotrasmettitori nel cervello attraverso microsensori elettrochimici fatti di carbonio. Però, a causa della loro limitata sensibilità, i microsensori esistenti possono rilevare solo grandi cambiamenti nei livelli di dopamina. Possono anche registrare da un solo sito nel cervello alla volta.

Per supportare la mappatura multi-sito delle attività della dopamina nel cervello, il team di ricerca della NYU Tandon ha recentemente sviluppato microsensori planari utilizzando un nanomateriale di carbonio, chiamato carbonio nanografitico.

"Utilizziamo tecniche di nanofabbricazione, simili a quelli utilizzati per la costruzione di chip nell'elettronica di consumo, per creare una serie di molti microsensori elettrochimici planari, "ha detto Davood Shahrjerdi, professore associato di ingegneria elettrica e informatica e ricercatore principale dello studio. "I nostri sensori sono piccoli, paragonabili a un corpo cellulare di neuroni, e possono essere imballati uno vicino all'altro per registrazioni con una risoluzione spaziale più elevata, " Ha aggiunto.

Una scoperta importante del team è che le prestazioni del sensore possono essere regolate ingegnerizzando la struttura del materiale del carbonio nano-grafitico. I dettagli dello sviluppo del sensore sono descritti in un articolo precedentemente pubblicato apparso in Rapporti scientifici .

"Il nostro studio in Rapporti scientifici suggerisce che le prestazioni del sensore dovrebbero rimanere invariate se riduciamo la tensione operativa, poiché le prestazioni del sensore sono controllate dalla struttura del materiale, " ha aggiunto Shahrjerdi.

Però, il team ha fatto un'osservazione sorprendente che l'ampiezza dell'uscita del sensore in risposta alle molecole di dopamina è stata aumentata riducendo la tensione operativa.

"Inizialmente pensavamo che forse ci fosse qualcosa di sbagliato nelle misurazioni, " disse Edoardo Cuniberto, un dottorato di ricerca studente presso la NYU Nanolab presso la NYU Tandon, chi è l'autore principale dello studio. "Con oltre un anno di significative sperimentazioni aggiuntive e simulazioni teoriche, non solo abbiamo confermato la nostra osservazione iniziale, ma siamo stati anche in grado di spiegare la fisica dietro la nostra sorprendente osservazione, " ha spiegato Cuniberto.

I ricercatori hanno dimostrato sensori con prestazioni record combinando il nuovo fenomeno dipendente dalla tensione con il loro approccio all'ingegnerizzazione della struttura del materiale. "Siamo entusiasti di esplorare le prospettive della nostra nuova tecnologia dei sensori per futuri studi sul cervello, ", ha detto Shahrjerdi.

Oltre a Cuniberto, la squadra includeva Zhujun Huang, un dottorato di ricerca studente alla NYU Tandon; Abdullah Alharbi della NYU Tandon e della King Abdulaziz City for Science and Technology, Riyad, Arabia Saudita; e Ting Wu e Roozbeh Kiani del NYU Center for Neural Science.