Purduen yliopiston ja Argonne National Laboratoryn tutkijat ovat suunnitelleet uuden materiaalin, joka "ajattelee" kuin aivot, ja olisi siten herkempi neurologisten sairauksien, kuten Parkinsonin taudin varhaisten oireiden signaaleille. Aivoissa ionien virta auttaa suorittamaan tietyn reaktion, jota tarvitaan esimerkiksi kehon ohjailuissa. Ionien havaitseminen tarkoittaa myös molekyylin konsentraation havaitsemista, mikä toimii aivojen terveyden indikaattorina.
Nature Communicationsissa julkaistussa tutkimuksessaan tieteilijät osoittavat kvanttimateriaalin kyvyn vastaanottaa automaattisesti vetyä, kun se asetetaan eläimen aivoviipaleen alle.
- Tavoitteena on ylittää kuilu elektronisen ”ajattelun” ja aivojen ionien kautta tapahtuvan ajattelun välillä. Tämä materiaali auttoi meitä löytämään mahdollisen sillan kuilun ylittämiseen, sanoo Hai-Tian Zhang, tutkijatohtori Purduen teknillisestä korkeakoulusta.
Aivojen kommunikointitapaa hyödyntävä uusi materiaali toimii elektroniikan ja aivojen välisenä portaalina. Pitkällä aikavälillä tämä materiaali saattaa jopa tuottaa kyvyn ja hakea muistoja sitten, kun luonnolliset aivotoiminnot alkavat heikentyä, toteavat tutkijat.
Tutkijat testasivat materiaalia kahdella molekyylillä: glukoosi eli sokeri on välttämätön energiantuotannossa ja dopamiini kemiallisena lähettiläänä säätelee liikkumista, emotionaalisia vasteita ja muistia.
Koska dopamiinimäärät ovat aivoissa tyypillisesti pieniä ja vielä pienempiä Parkinsonin tautiin sairastuneilla, tämän kemikaalin havaitseminen on ollut vaikeaa. Dopamiinitasojen varhainen havaitseminen merkitsisi kuitenkin nopeampaa sairauden hoidon aloitusta.
Tämä kvanttimateriaali on noin yhdeksän kertaa herkempi dopamiinille kuin menetelmät, joita nykyään käytetään eläinkokeissa. Kvanttimateriaalilla on herkkyyttä niin sanottujen "korreloituneiden elektronien" välisille vahvoille vuorovaikutuksille. Tutkijat havaitsivat ensin, että kun he sijoittivat materiaalin kosketuksiin glukoosimolekyylien kanssa, oksidit sieppasivat spontaanisti vetyä glukoosista entsyymin kautta. Sama tapahtui hiiren aivojen viipaleesta vapautuneen dopamiinin kanssa.
Materiaalilla havaittiin myös vahva affiniteetti vetyyn, minkä avulla siihen voidaan ottaa atomeja omavoimaisesti - ilman teholähdettä. Tämä merkitsee tutkijoiden mukaan sitä, että materiaali voisi tuoda käyttöön erittäin pienitehoista elektroniikkaa erittäin herkällä sensitiivisyydellä. Tutkijoiden mukaan materiaali voi tunnistaa monien muidenkin kuin glukoosin ja dopamiinin atomeja.
Seuraava askel tutkijoilla on luoda tapa, jolla materiaali voi kommunikoida takaisin aivojen suuntaan.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 24.4.2019
