p Os cientistas recrutaram as propriedades exóticas do grafeno, uma camada de carbono com um átomo de espessura, para funcionar como o filme de um sistema de câmera incrivelmente sensível no mapeamento visual de minúsculos campos elétricos em um líquido. Os pesquisadores esperam que o novo método permita imagens mais extensas e precisas das redes de sinalização elétrica em nossos corações e cérebros. p A capacidade de representar visualmente a força e o movimento de campos elétricos muito fracos também pode ajudar no desenvolvimento dos chamados dispositivos lab-on-a-chip que usam quantidades muito pequenas de fluidos em uma plataforma semelhante a um microchip para diagnosticar doenças ou auxiliar no desenvolvimento de drogas, por exemplo, ou que automatizam uma série de outras análises biológicas e químicas.

p A configuração pode ser adaptada para detectar ou capturar produtos químicos específicos, também, e para estudos de eletrônica baseada em luz (um campo conhecido como optoeletrônica).

p Uma nova maneira de visualizar campos elétricos

p "Este era um completamente novo, ideia inovadora de que o grafeno pode ser usado como um material para detectar campos elétricos em um líquido, "disse Jason Horng, um co-autor principal de um estudo publicado em 16 de dezembro em Nature Communications que detalha a primeira demonstração deste sistema de imagem baseado em grafeno. Horng é afiliado ao Kavli Energy NanoSciences Institute, um instituto conjunto no Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e na UC Berkeley, e é pesquisador de pós-doutorado na UC Berkeley.

p A ideia surgiu de uma conversa entre Feng Wang, um cientista do corpo docente da Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab, cuja pesquisa se concentra no controle das interações luz-matéria em nanoescala, e Bianxiao Cui, que lidera uma equipe de pesquisa da Universidade de Stanford, especializada no estudo da sinalização de células nervosas. Wang também é professor associado de física da UC Berkeley, e Cui é professor associado de química na Universidade de Stanford.

p "O conceito básico era como o grafeno poderia ser usado como um método muito geral e escalável para resolver mudanças muito pequenas na magnitude, posição, e o padrão de temporização de um campo elétrico local, como os impulsos elétricos produzidos por uma única célula nervosa, "disse Halleh B. Balch, um co-autor principal do trabalho. Balch também é afiliado ao Kavli Energy NanoSciences Institute e é um estudante de PhD em física na UC Berkeley.

p "Um dos problemas pendentes no estudo de uma grande rede de células é entender como a informação se propaga entre elas, "Balch disse.

p Outras técnicas foram desenvolvidas para medir sinais elétricos de pequenas matrizes de células, embora esses métodos possam ser difíceis de escalar para matrizes maiores e, em alguns casos, não possam rastrear impulsos elétricos individuais para uma célula específica.

p Também, Cui disse, "Este novo método não perturba as células de forma alguma, que é fundamentalmente diferente dos métodos existentes que usam modificações genéticas ou químicas da membrana celular. "

p A nova plataforma deve permitir mais facilmente medições de uma única célula de impulsos elétricos que viajam através de redes contendo 100 ou mais células vivas, pesquisadores disseram.

p Aproveitando as propriedades de absorção de luz do grafeno

p Grafeno, que é composto por um arranjo de favo de mel de átomos de carbono, é o foco de intensa P&D por causa de sua incrível força, capacidade de conduzir eletricidade de maneira muito eficiente, alto grau de estabilidade química, a velocidade com que os elétrons podem se mover através de sua superfície, e outras propriedades exóticas. Algumas dessas pesquisas estão focadas no uso do grafeno como um componente em circuitos de computador e telas de exibição, em sistemas de entrega de drogas, e em células solares e baterias.

p No último estudo, os pesquisadores usaram pela primeira vez a luz infravermelha produzida na fonte de luz avançada do Berkeley Lab para entender os efeitos de um campo elétrico na absorção de luz infravermelha pelo grafeno.

p No experimento, eles apontaram um laser infravermelho através de um prisma para uma camada fina chamada guia de ondas. O guia de ondas foi projetado para corresponder precisamente às propriedades de absorção de luz do grafeno, de modo que toda a luz fosse absorvida ao longo da camada de grafeno na ausência de um campo elétrico.

p Os pesquisadores então dispararam pequenos pulsos elétricos em uma solução líquida acima da camada de grafeno que muito ligeiramente interrompeu a absorção de luz da camada de grafeno, permitindo que alguma luz escape de uma forma que carregue uma assinatura precisa do campo elétrico. Os pesquisadores capturaram uma sequência de imagens dessa luz escapando em intervalos de milésimos de segundo, e essas imagens forneceram uma visualização direta da força do campo elétrico e localização ao longo da superfície do grafeno.

p Sensibilidade de milionésimos de volt

p A nova plataforma de imagem - apelidada de CAGE para "Dispositivo de imagem de campo elétrico de grafeno amplificado com guia de onda criticamente acoplado" - se mostrou sensível a tensões de alguns microvolts (milionésimos de volt). Isso o tornará ultrassensível aos campos elétricos entre as células em redes de células do coração e células nervosas, que pode variar de dezenas de microvolts a alguns milivolts (milésimos de volt).

p Os pesquisadores descobriram que podiam apontar a localização de um campo elétrico ao longo da superfície da folha de grafeno em dezenas de mícrons (milionésimos de metro), e capturar sua força de desvanecimento em uma sequência de etapas de tempo separadas por apenas cinco milissegundos, ou milésimos de segundo.

p Em uma sequência, pesquisadores detalharam a posição e a dissipação, ou desvanece-se, de um campo elétrico local gerado por um pulso de 10 milésimos de volt durante um período de cerca de 240 milissegundos, com sensibilidade abaixo de cerca de 100 milionésimos de volt.

p A seguir:células vivas do coração

p Balch disse que já existem planos para testar as plataformas com células vivas. "Estamos trabalhando com colaboradores para testar isso com células cardíacas reais, "Ela disse." Existem várias aplicações potenciais para esta pesquisa em saúde cardíaca e rastreamento de drogas. "

p Também há potencial para usar outros materiais atomicamente finos além do grafeno na configuração de imagem, ela disse.

p "O tipo de elegância por trás deste sistema vem de sua generalidade, "Balch disse." Pode ser sensível a qualquer coisa que carregue consigo.