Новый чувствительный материал поможет диагностировать эпилепсию

Ученые создали новый материал, способный лучше выявлять биологические сигналы организма, такие как сердцебиение или импульсы мозга. Это может помочь, например, диагностировать эпилепсию. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Клетки в организме обмениваются с межклеточной средой ионами с помощью специальных белков — ионных каналов. Растворы внутри клеток богаты калием, но бедны натрием, и определенные концентрации этих ионов поддерживаются калий-натриевым насосом, который выкачивает избыточные ионы натрия из клетки и заменяет их на калий. Когда на мембрану клетки что-то воздействует, структура натриевого канала деформируется, и он открывается. Вследствие изменения ионного состава возникают электрические импульсы, которые распространяются по нервным клеткам. Для измерения таких электрических импульсов используют органические электрохимические транзисторы.

Полупроводниковые материалы, используемые в таких транзисторах, состоят из кремния и различных примесей. Проводимость таких материалов зависит от примеси. При добавлении фосфора, на последнем электронном уровне которого пять электронов, в полупроводнике остаются свободные частицы, так как у кремния на последнем уровне всего четыре электрона. В результате возникает «электронная» проводимость (n-тип). Если в качестве примеси выступает, например, галлий (три электрона), то проводимость будет «дырочной» (p-тип). В органических транзисторах используются только полупроводники p-типа, так как материалы n-типа начинают разрушаться в условиях человеческого организма.

Ученые из Имперского колледжа Лондона создали материал, который объединяет два типа проводимости, обеспечивая, таким образом, большую чувствительность устройства. Ученым удалось преодолеть неустойчивость материала с электронной проводимостью, создав ему такую структуру, которая не позволяет свободным электронам участвовать в побочных реакциях. По словам ученых, их исследование открывает путь для создания биосенсорных материалов нового поколения. Устройства из этих материалов смогут обнаружить слабые электрические импульсы нейронов в мозге, которые связаны с различными заболеваниями, например с эпилепсией.