Впечатление художников от фотографии:
«Сердечная ткань особенная», — сказал Цзюнь Яо из инженерного колледжа Массачусетского университета в Амхерсте. «Он обладает механической активностью — сокращениями и расслаблениями, которые перекачивают кровь через наше тело — в сочетании с электрическим сигналом, который контролирует эту активность».
По данным университета, представляющим интерес материалом является «сердечная микроткань», которая выращивается из стволовых клеток человека и уязвима для повреждений, если датчики вставляются после роста. Следовательно, необходимо расти на уже существующей матрице датчиков таким образом, чтобы это позволяло ей расти беспрепятственно.
Целью эксперимента было наблюдение за «связью возбуждения-сокращения» в образце путем измерения как самогенерируемого электрического стимула ткани, так и любого возникающего в результате движения.
Команда разработала графеновые транзисторы размером 20 х 20 мкм — примерно размером с ячейку — для осуществления зондирования, при этом их каналы модулируются локальными электрическими потенциалами посредством эффекта поля, одновременно обнаруживая механическое движение, поскольку они по своей природе пьезорезистивны.
«Поскольку графен невероятно тонкий, он может регистрировать даже малейшее трепетание мышечного сокращения или расслабления, не нарушая при этом работу сердца», — утверждают в университете.
Эти транзисторы соединены между собой сеткой из золото-палладиевых проводников, которые змеятся по гибкой подложке – перепрофилированному фоторезисту SU-8. Слой нитрида кремния над проводниками изолирует их от образца ткани.
Змеевидная природа проводников добавляет не только гибкость, но и растяжимость, в результате чего получается «мягкий, растягивающийся каркас из пористой сетки, который имеет близкие структурные и механические свойства к тканям человека и который может быть неинвазивно применен к сердечной ткани», — сказал Массачусетский университет в Амхерсте.
«Никто никогда раньше этого не делал», — говорит коллега-исследователь Хунъянь Гао. «Графен может выживать в биологической среде, не разлагаясь в течение очень долгого времени и не теряя своей проводимости, поэтому мы можем контролировать сердечную микроткань на протяжении всего процесса ее созревания».
Университет работал с Массачусетским технологическим институтом над этим проектом, который описан в статье Nature Communications «Интегрированная в графен сетчатая электроника с конвергентной многофункциональностью для отслеживания мультимодальной динамики возбуждения-сокращения в микротканях сердца».