18/06/2013 - Entwicklung eines Sensors zur Messung der elektrischen Aktivität in Zellen und Geweben

Menéame

Dr. Asur Guadarrama Santana, Forscher des Mexikaners Zentrum für angewandte Wissenschaften und technologische Entwicklung (CCADET) der UNAM in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des Dalton Cardiovaskulären Forschungszentrums (DCRC) der Universität Missouri Columbia, in den Vereinigten Staaten, entwickelt Elektrischer Sensor zur Messung von Biosignalen, genannt SIMCAPBios.

Dr. Guadarrama hatte hauptsächlich an der Entwicklung von Sensoren gearbeitet, die die Messung oder Überwachung der Verdunstung von Lösungsmittel wie thinner, Ethanol, Aceton und Isopropylalkohol. Die von den im Labor entwickelten Sensoren erreichten Auflösungen waren jedoch vergleichbar mit denen, die im Bereich der Biosensoren berichtet wurden und das Interesse der Forscher des CRD erregten.

Das von Asur Guadarrama entwickelte Kapazitative Messsystem integriert elektrische Sensoren, einen elektronischen Klimatisierungskreis, einen analogen digitalen Konverter, eine Stromversorgung und einen Software.

El Biosensor Es ist vor allem für die Anwendung in der elektrophysiologischen Forschung gedacht, so dass seine Entwickler haben ihn an ein elektronisches Mikroskop angepasst. Auf diese Weise können Wissenschaftler im Mikroskop beobachten, während sie die elektrische Aktivität einer Zelle oder Gewebe messen. Sie kann sich auch an die Patch-Clamp-Technik anpassen, die von den Nobelpreisträgern für Physiologie oder Medizin, Erwin Neher und Bert Sakman, entwickelt wurde.

Bislang haben Wissenschaftler den Sensor in Zellen und in einem Huhn-Embryonenherz getestet; sie haben auch die elektrische Aktivität von Zellen von Nebenniere.

Asur Guadarrama bemerkte, dass der Prototyp in den USA entwickelt wurde und nicht tragbar ist, so dass der nächste Schritt darin besteht, den Biosensor im CCADET-Instrumentations- und Messbereich zu reproduzieren, um ihn mit neuen Materialien zu verbessern und Mikrosensoren zu entwerfen. Mittelfristig soll ein tragbares Gerät entwickelt werden, das in Labors für Zellphysiologie oder Krankenhäuser transportiert werden kann, die für die Anwendung in der biomedizinischen Forschung bestimmt sind.

Elektrophysiologie

Im Jahr 1991 wurden zwei Forscher, Erwin Neher und Bert Sakman, mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet. Für eine lange Zeit dachte man, dass einige der grundlegenden Aktivitäten in lebenden Zellen, wie die Muskelkontraktion oder die Übertragung von Nervenimpulsen auf ein elektrisches Potential zurückzuführen war, das erzeugt wurde, wenn Atome oder Ionen, die positiv oder negativ geladen waren, durch eine Art Tunnel ähnlich den Zellmembranen ein- oder aus den Zellen ein- oder ausgestiegen sind.

Erwin Neher und Bert Sakman entwickelten ein Gerät, das es ihnen ermöglichte, die Existenz solcher Ionenkanäle in den Zellen eindeutig nachzuweisen und ihre Funktion experimentell zu messen.

Seine Technik, Patch clamp genannt, bestand darin, eine extrem dünne Glaspipette zu verwenden, um mit einem kleinen Bereich der äußeren Membran der Zelle in Berührung zu kommen, in dem nur ein Ionenkanal gefunden wird. Die Wissenschaftler saugten nur sehr wenig, und die Ionen strömten aus der Zelle in die Pipette. Durch die Anpassung einer Elektrode, die extrem empfindlich auf ihr System ist, konnten sie jede Minute den Stromwechsel messen, der durch die Ionen verursacht wurde, indem sie von der Zelle in die Pipette strömten.

Die von diesen beiden bemerkenswerten Physiologen entwickelte Technik wurde bald zu einem unverzichtbaren Werkzeug für Wissenschaftler, die das Verhalten dieser Ionenkanäle in vielen Zelltypen untersuchen. Seitdem haben sich andere Forschungsgruppen in der Welt mit der Entwicklung von Elektrophysiologie beschäftigt.

Weitere Informationen:

Entwicklung und Gestaltung eines Prototyps eines kapazitiven Messsystems für Bio-Signale (Simcapbios)

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Generaldirektion für die Verbreitung der Wissenschaft der UNAM

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