Salute: antenne utilizzano luce per monitorare comunicazioni =

 

VENERDÌ 20 DICEMBRE 2024 15.18.30

Salute: antenne utilizzano luce per monitorare comunicazioni =

Salute: antenne utilizzano luce per monitorare comunicazioni = (AGI) - Roma, 20 dic.- (NOTIZIA CON EMBARGO ORE 20.00) - Sviluppata una tecnica di biosensing, che tramite piccole antenne wireless utilizza la luce per rilevare minuscoli segnali elettrici, il che puo' aiutare a comprendere il modo in cui comunicano le cellule, agevolando la diagnosi e il trattamento di patologie come l'aritmia e l'Alzheimer. Lo dimostra uno studio condotto dai ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (Mit), riportato su Science Advances. I dispositivi che, di solito, registrano segnali elettrici in colture cellulari e altri ambienti liquidi usano fili per collegare ogni elettrodo sul dispositivo al rispettivo amplificatore. Poiche' solo un numero limitato di fili puo' essere collegato al dispositivo, questo limita il numero di siti di registrazione, limitando le informazioni che possono essere raccolte dalle cellule. Piccole variazioni elettriche nell'ambiente liquido circostante alterano il modo in cui le antenne diffondono la luce. Utilizzando una serie di minuscole antenne, ciascuna delle quali e' un centesimo della larghezza di un capello umano, i ricercatori hanno potuto misurare i segnali elettrici scambiati tra le cellule, con estrema risoluzione spaziale. I dispositivi, che sono abbastanza resistenti da registrare segnali ininterrottamente per piu' di dieci ore, potrebbero aiutare i biologi a comprendere come le cellule comunicano in risposta ai cambiamenti del loro ambiente. A lungo termine, tali intuizioni scientifiche potrebbero aprire la strada a progressi nella diagnosi, stimolare lo sviluppo di trattamenti mirati e consentire una maggiore precisione nella valutazione di nuove terapie. "Essere in grado di registrare l'attivita' elettrica delle cellule con un throughput elevato e un'alta risoluzione rimane un vero problema; dobbiamo provare idee innovative e approcci alternativi", ha detto Benoit Desbiolles, ex postdoc al Mit Media Lab e autore principale di un articolo sui dispositivi. "La bioelettricita' e' fondamentale per il funzionamento delle cellule e per i diversi processi vitali. Tuttavia, registrare con precisione tali segnali elettrici e' stato impegnativo", ha affermato Deblina Sarkar, AT&T Career Development Assistant Professor presso il Media Lab e il Mit Center for Neurobiological Engineering e responsabile del Nano-Cybernetic Biotrek Lab. "Le antenne elettro-disperdenti organiche, Ocean, che abbiamo sviluppato consentono la registrazione di segnali elettrici in modalita' wireless con risoluzione spaziale micrometrica da migliaia di siti di registrazione simultaneamente", ha aggiunto Sarkar. (AGI)Sep (Segue) 201518 DIC 24 NNNN

VENERDÌ 20 DICEMBRE 2024 15.18.38

Salute: antenne utilizzano luce per monitorare comunicazioni (2)=

Salute: antenne utilizzano luce per monitorare comunicazioni (2)= (AGI) - Roma, 20 dic. - "Cio' puo' creare opportunita' senza precedenti per comprendere la biologia fondamentale e la segnalazione alterata negli stati patologici, nonche' per lo screening dell'effetto di diverse terapie per abilitare nuovi trattamenti", ha continuato Sarkar. I ricercatori si sono prefissati di progettare un dispositivo di biosensoristica che non avesse bisogno di fili o amplificatori. Un dispositivo del genere sarebbe piu' facile da usare per i biologi che potrebbero non avere familiarita' con gli strumenti elettronici. "Ci siamo chiesti se potevamo realizzare un dispositivo che convertisse i segnali elettrici in luce e poi utilizzare un microscopio ottico, del tipo disponibile in ogni laboratorio di biologia, per analizzare questi segnali", ha raccontato Desbiolles. Inizialmente, gli scienziati hanno utilizzato uno speciale polimero, chiamato PEDOT:PSS, per progettare trasduttori su scala nanometrica che incorporavano minuscoli pezzi di filamento d'oro. Le nanoparticelle d'oro avrebbero dovuto disperdere la luce, un processo che sarebbe stato indotto e modulato dal polimero. Ma, i risultati non corrispondevano al loro modello teorico. I ricercatori hanno provato a rimuovere l'oro e, sorprendentemente, i risultati corrispondevano molto piu' fedelmente al modello. "Si e' scoperto che non stavamo misurando segnali dall'oro, ma dal polimero stesso; questo e' stato un risultato molto sorprendente ma entusiasmante: abbiamo sfruttato questa scoperta per sviluppare antenne elettro-disperdenti organiche", ha evidenziato Desbiolles. Le antenne elettro-diffusori organiche, o Ocean, sono composte da PEDOT:PSS. Questo polimero attrae o respinge ioni positivi dall'ambiente liquido circostante quando c'e' attivita' elettrica nelle vicinanze. Cio' modifica la sua configurazione chimica e la sua struttura elettronica, alterando una proprieta' ottica nota come indice di rifrazione, che cambia il modo in cui diffonde la luce. Quando i ricercatori puntano la luce sull'antenna, l'intensita' della luce riflessa cambia in proporzione al segnale elettrico presente nel liquido. Con migliaia o addirittura milioni di piccole antenne in una matrice, ciascuna larga solo 1 micrometro, i ricercatori possono catturare la luce diffusa con un microscopio ottico e misurare i segnali elettrici dalle cellule con alta risoluzione. (AGI)Sep (Segue) 201518 DIC 24 NNNN

VENERDÌ 20 DICEMBRE 2024 15.18.34

Salute: antenne utilizzano luce per monitorare comunicazioni (3)=

Salute: antenne utilizzano luce per monitorare comunicazioni (3)= (AGI) - Roma, 20 dic. - Poiche' ogni antenna e' un sensore indipendente, i ricercatori non hanno bisogno di mettere in comune il contributo di piu' antenne per monitorare i segnali elettrici, motivo per cui gli Ocean possono rilevare segnali con risoluzione micrometrica. Destinati agli studi in vitro, gli array Ocean sono progettati per coltivare le cellule direttamente su di essi e sottoporle all'analisi tramite microscopio ottico. La chiave di questi dispositivi e' la precisione con cui i ricercatori riescono a fabbricare le matrici nelle strutture del MIT.nano. Partendo da un substrato di vetro, i dispositivi depositano strati di materiale conduttivo e poi isolante sulla parte superiore, ognuno dei quali e' otticamente trasparente. Quindi utilizzano un fascio di ioni focalizzato per tagliare centinaia di fori in scala nanometrica negli strati superiori del dispositivo. Questo speciale tipo di fascio di ioni focalizzato consente la nanofabbricazione ad alta produttivita'. "Questo strumento e' fondamentalmente come una penna su cui puoi incidere qualsiasi cosa con una risoluzione di 10 nanometri", ha specificato Desbiolles. Gli scienziati immergono il chip in una soluzione che contiene i mattoni precursori del polimero. Applicando una corrente elettrica alla soluzione, quel materiale precursore viene attratto nei piccoli fori sul chip e le antenne a forma di fungo "crescono" dal basso verso l'alto. L'intero processo di fabbricazione e' relativamente veloce e i ricercatori potrebbero utilizzare questa tecnica per realizzare un chip dotato di milioni di antenne. "Questa tecnica potrebbe essere facilmente adattata in modo da essere completamente scalabile; il fattore limitante e' quante antenne possiamo riprendere contemporaneamente", ha aggiunto Desbiolles. I ricercatori hanno ottimizzato le dimensioni delle antenne e regolato i parametri, il che ha consentito loro di raggiungere una sensibilita' sufficientemente elevata per monitorare segnali con tensioni basse fino a 2,5 millivolt in esperimenti simulati. I segnali inviati dai neuroni per la comunicazione sono solitamente di circa 100 millivolt. "Poiche' ci siamo presi il tempo di approfondire e comprendere il modello teorico alla base di questo processo, possiamo massimizzare la sensibilita' delle antenne", ha precisato Desbiolles. Gli OCEAN hanno anche risposto ai segnali variabili in soli pochi millisecondi, consentendo loro di registrare segnali elettrici con cinetica rapida. Andando avanti, i ricercatori intendono testare i dispositivi con colture cellulari reali, oltre che rimodellare le antenne in modo che possano penetrare le membrane cellulari, consentendo un rilevamento del segnale piu' preciso. Inoltre, gli scienziati vogliono studiare come gli OCEAN potrebbero essere integrati nei dispositivi nanofotonici, che manipolano la luce su scala nanometrica per sensori e dispositivi ottici di prossima generazione. (AGI)Sep 201518 DIC 24 NNNN