مشاهده فعالیت الکتریکی در سلولهای عصبی یکی از چالشهای مهم علوم اعصاب است. مغز از میلیاردها سلول عصبی تشکیل شده که دائماً از طریق سیگنالهای الکتریکی و شیمیایی با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند. برای درک نحوه پردازش اطلاعات در مغز، یادگیری، شکلگیری حافظه و حتی اختلالاتی که در بیماریهای عصبی رخ میدهد، پژوهشگران باید بتوانند این سیگنالها را با وضوح بالا و در مدتزمان بسیار کوتاه مشاهده کنند.
یکی از روشهای نوین برای انجام این کار، استفاده از پروتئینهای فلورسنت حساس به ولتاژ است. این پروتئینها بهگونهای طراحی شدهاند که هنگام تغییر ولتاژ الکتریکی در غشای سلول، میزان نور ساطعشده از آنها تغییر کند. بنابراین، پژوهشگر میتواند بهجای واردکردن مستقیم تجهیزات اندازهگیری به سلول، تغییرات الکتریکی را از طریق تغییرات نور مشاهده کند.
بااینحال، این روش محدودیت مهمی دارد: مقدار نور تولیدشده توسط پروتئینها بسیار کم است و همین موضوع ثبت دقیق و سریع سیگنالهای الکتریکی را دشوار میکند. از سوی دیگر، سیگنالهای الکتریکی در محل اتصال نورونها، یعنی سیناپسها، بسیار سریع و کوتاهمدت هستند و برای ثبت آنها به حسگرهایی نیاز است که هم حساسیت بالایی داشته باشند و هم بتوانند با سرعت کافی واکنش نشان دهند.
دان برینکس، پژوهشگر اصلی این مطالعه، میگوید که روشهای موجود برای مشاهده تغییرات ولتاژ در سلولها یا نور کافی تولید نمیکنند یا در برابر پالسهای الکتریکی کوچک رخداده در سیناپسها، سرعت و شدت پاسخ کافی ندارند.
پژوهشگران آزمایشگاه برینکس برای حل این مشکل سراغ حوزهای از فناوری نانو به نام فوتونیک پلاسمونیک رفتند. در این حوزه، از نانوذرات فلزی بهعنوان ساختارهایی موسوم به «نانواَنتن پلاسمونیک» استفاده میشود. این ساختارها میتوانند میدان نوری را در محدودهای بسیار کوچک متمرکز و تقویت کنند. …
