Ученые изобрели способ оптической стимуляции клеток при помощи фототермических преобразователей из пушистого графена, выращенных на кремниевой нанопроволоке. Он дает возможность отказаться от оптогенетики, так как гораздо точнее ее, безопаснее и позволяет исследовать трехмерные клеточные культуры. Статья опубликована в
Сахил Расторжи (Sahil K. Rastogi) из Университета Карнеги — Меллона в Питсбурге и его коллеги придумали, как заставить клетки реагировать на слабый свет без использования оптогенетики. Для этого они взяли проволоку из кремния наноскопической толщины и вырастили вдоль нее хлопья графена.
В результате получилась пушистая конструкция, в которой расстояние между каждым кусочком примерно 0,1-0,2 нанометров. За счет большой площади поверхности структура эффективно поглощает свет (около 95 процентов), вырабатывая тепло. Под воздействием милисекундного импульса зеленого лазера мощностью два милливатта температура повышается на два градуса, что на несколько порядков больше, чем при использовании золотых фототермических элементов.
Для эксперимента ученые вырастили культуру нейронов спинального ганглия крыс и ввели в нее суспензию пушистого графена с водой. Спустя сутки электронная микроскопия показала, что графенно-кремниевые композиты не проникли внутрь клеток, а осели на мембране, что минимизирует вероятность повредить или отравить нейроны. Затем на графен начали светить лазером, отчего он нагревался и передавал тепло мембране. В результате резкого перепада температуры менялась ее электрическая емкость, под действием чего мембрана теряла поляризацию, что приводило к передаче нейроном импульса.
Главное преимущество нового метода заключается в удобстве работы с многослойными трехмерными клеточными структурами. Поскольку графенно-кремниевые композиты по размеру гораздо меньше клетки, можно выбирать, какие из них осветить тонким лучом. Следовательно, таким образом можно попасть в фототермический элемент нижнего слоя, намеренно промахиваясь мимо графена верхнего слоя. За счет этого можно исследовать работу не только двумерных, но и сложных объемных клеточных структур.
Ранее исследователям удалось сделать из графена прозрачную однопиксельную камеру и аномальную термопару, которая использует единственное вещество.