Para ilmuwan di University of California, Berkeley, (UC Berkeley) telah mendemonstrasikan penggunaan lain dari graphene bahan ajaib yang selalu serbaguna, menggunakannya sebagai dasar untuk sensor canggih yang dapat mencitrakan sinyal listrik dari sel dan jaringan hidup secara real time.
Melansir laman newatlas, Kamera graphene dapat digunakan untuk merekam aktivitas listrik jantung yang berdetak saat beraksi, dan juga dapat membuka kemampuan penginderaan baru ketika menyangkut otak.
Grafena adalah lembaran karbon dua dimensi dengan ketebalan hanya satu atom, dan daftar sifat-sifatnya yang luar biasa telah menarik imajinasi para ilmuwan dari berbagai bidang penelitian. Karakteristik ini termasuk ketipisan yang luar biasa, konduktivitas termal dan listrik yang tinggi dan status sebagai bahan buatan manusia terkuat.
Ilmuwan UC Berkeley bekerja sama dengan ahli kimia dari Universitas Stanford untuk mengeksplorasi bagaimana bahan tersebut dapat mengantarkan generasi baru sensor medis canggih.
Pekerjaan ini didasarkan pada penelitian sebelumnya yang menunjukkan bahwa medan listrik dapat memengaruhi cara selembar graphene memantulkan atau menyerap cahaya, sesuatu yang dieksplorasi tim dengan menempatkan sekitar 1 cm 2 bahan pada jantung yang berdetak dari embrio ayam.
"Ketika sel berkontraksi, mereka menembakkan potensial aksi yang menghasilkan medan listrik kecil di luar sel," kata penulis studi Halleh Balch.
"Penyerapan graphene tepat di bawah sel itu dimodifikasi, jadi kita akan melihat perubahan jumlah cahaya yang kembali dari posisi itu pada area graphene yang luas." ucapnya
Teknik ini membutuhkan beberapa penyesuaian. Awalnya, medan listrik yang dihasilkan oleh sel-sel otot jantung yang berdetak terlalu kecil untuk membuat perbedaan nyata pada pantulan graphene.
Tim dapat memperkuatnya dengan menambahkan gelombang tipis di bawahnya, yang bekerja dengan sinar laser input yang dipancarkan melalui prisma dan memantulkan cahaya dari graphene sekitar 100 kali, sebelum keluar dari perangkat.
"Salah satu cara untuk memikirkannya adalah bahwa semakin sering cahaya memantul dari graphene saat merambat melalui rongga kecil ini, semakin banyak efek yang dirasakan cahaya dari respons graphene, dan itu memungkinkan kita untuk mendapatkan sensitivitas yang sangat, sangat tinggi terhadap medan listrik. dan voltase turun ke mikrovolt," kata Balch.
Tim dapat menggunakan "kamera graphene" ini untuk mempelajari sel-sel jantung berukuran hanya sepuluh mikron secara real time dan menghasilkan gambar optik dari medan listrik samar yang mereka hasilkan melalui pemukulan mereka.
Sementara elektroda dan pewarna kimia dapat digunakan untuk mengukur aktivitas listrik ini dalam sel, mereka hanya dapat melakukannya di satu lokasi tertentu, sedangkan lembaran mengukur tegangan di seluruh area jaringan. Tim membayangkan menggabungkan teknik penginderaan ini dengan merekam sinyal listrik sel sambil secara bersamaan mencitrakan jaringan yang diwarnai.
"Kemudahan Anda dapat mencitrakan seluruh wilayah sampel bisa sangat berguna dalam studi jaringan saraf yang melibatkan semua jenis sel," kata penulis pertama studi tersebut, Allister McGuire, dari Stanford University.
"Jika Anda memiliki sistem sel berlabel fluoresensi, Anda mungkin hanya menargetkan jenis neuron tertentu. Sistem kami akan memungkinkan Anda untuk menangkap aktivitas listrik di semua neuron dan sel pendukungnya dengan integritas yang sangat tinggi, yang benar-benar dapat memengaruhi cara orang melakukan studi tingkat jaringan ini." ucapnya
"Kamera graphene," atau sensor medan listrik graphene (CAGE) yang diperkuat gelombang pandu, seperti yang disebut, dapat digunakan untuk menguji kandidat obat pada otot jantung sebelum uji klinis, untuk melihat apakah mereka memicu perubahan abnormal.
Hal itu ditunjukkan dengan pemberian obat penghambat protein otot pada embrio ayam yang menyebabkan jantung berhenti berdetak, sementara membiarkan tim mengamatinya tidak berpengaruh pada medan listrik.
Perangkat itu juga bisa membuka kemungkinan baru dalam penginderaan langsung otak. Array elektroda digunakan hari ini untuk mempelajari aktivitas listrik sel-sel otak, meskipun hanya dapat melakukannya di beberapa ratus lokasi.
Lembaran graphene yang kuat dapat ditempatkan di permukaan untuk mendapatkan gambaran yang lebih luas tentang aktivitas listrik berkelanjutan.
"Salah satu hal yang menakjubkan bagi saya tentang proyek ini adalah bahwa medan listrik memediasi interaksi kimia, memediasi interaksi biofisik mereka memediasi segala macam proses di dunia alami tetapi kami tidak pernah mengukurnya. Kami mengukur arus, dan kami mengukur tegangan, "kata Balch.
"Kemampuan untuk benar-benar menggambarkan medan listrik memberi Anda gambaran tentang modalitas yang sebelumnya hanya sedikit Anda ketahui." ucap Balch
Penelitian ini dipublikasikan di jurnal Nano Letters , sedangkan video di bawah ini menunjukkan urutan gambar yang dihasilkan oleh perangkat, yang menggambarkan satu detak jantung embrio ayam. arn
