Fotocamera “al grafene” misura attività elettrica del cuore in tempo reale

Schema della configurazione ottica della nuova fotocamera (credito: DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00543 | Nano Letters)

Misurare in tempo reale l’attività elettrica di un cuore umano che batte registrando un’immagine ottica tramite un foglio di grafene: è quello che sono riusciti a fare alcuni scienziati del Dipartimento di Fisica dell’UC Berkeley quando hanno rilevato campi elettrici, molto deboli, generati dalla pulsazione ritmica provocata dalle cellule dei muscoli del cuore. Questa camera “a grafene” è fatta da una nuova tipologia di sensore che viene più usato per analizzare cellule e tessuti che emanano tensioni elettriche. Tra queste cellule ci sono i neuroni e quelle del muscolo cardiaco.

Misurare con questo livello di precisione l’attività ritmica del cuore è un’operazione che oggi si fa tramite gli elettrodi oppure tramite l’utilizzo di coloranti chimici (con questi ultimi si misura in realtà l’attivazione a livello elettrico delle cellule dei muscoli). Tuttavia si tratta di metodi non molto efficienti perché possono misurare la tensione solo fino a un certo punto. Con il nuovo metodo e con l’utilizzo di una pellicola di grafene, i ricercatori sono riusciti a misurare in maniera continua la tensione su tutta la superficie del tessuto che lo stesso foglio andava a toccare.

Halleh Balch, uno degli studiosi che ha realizzato la ricerca, spiega che, poiché si stanno visualizzando, tramite questo metodo, tutte le cellule contemporaneamente, non deve essere eseguita una scansione e si ha solo una misurazione. In pratica, con questo metodo, si può visualizzare l’intera rete delle cellule contemporaneamente e senza l’utilizzo di coloranti o traccianti. Inoltre il metodo può essere usato insieme alla microscopia standard: in questo modo si possono visualizzare i tessuti (quello nervoso o quello muscolare) tramite etichette fluorescenti e allo stesso tempo si possono misurare con precisione i segnali elettrici emessi dalle stesse cellule per comunicare.[1]

“La facilità con cui è possibile visualizzare un’intera regione di un campione potrebbe essere particolarmente utile nello studio delle reti neurali che coinvolgono tutti i tipi di tipi di cellule”, spiega Allister McGuire, il primo autore dello studio. “Se disponi di un sistema cellulare etichettato in modo fluorescente, potresti mirare solo a un certo tipo di neurone. Il nostro sistema ti consentirebbe di catturare l’attività elettrica in tutti i neuroni e nelle loro cellule di supporto con un’integrità molto elevata, il che potrebbe davvero influire sul modo fare questi studi a livello di rete.”

Note e approfondimenti

  1. Graphene ‘camera’ captures real-time electrical activity of beating heart | Berkeley News (IA)
  2. Graphene Electric Field Sensor Enables Single Shot Label-Free Imaging of Bioelectric Potentials | Nano Letters (IA) (DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00543)

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