Razkritje mrežnice: kontaktna leča grafene roženice zagotavlja robustno, brez draženja topografsko elektroretinografijo

Razkritje (Junij 2019).

Anonim

Naša vizija se lahko poškoduje ali izgubi zaradi poškodbe mrežnice - senzorične membrane, ki obdaja hrbet očesa, ki zazna svetlobo, pretvarja podobo v elektrokemične nevronske signale, ki izhajajo iz dveh vrst zdravstvenih pogojev: številnih podedovanih degenerativnih pogojev - vključno s pigmentozo retinitisa, Leberjevo kongenitalno amaurozo, distrofično konico in Usherovim sindromom, kot tudi diabetično retinopatijo, okluzijo centralne mrežnice mrežnice, retinopatijo srpastih celic, toksičnimi avtoimunskimi retinopatijami, odmikom mrežnice in drugimi očesnimi motnjami. Za pravilno diagnosticiranje in zdravljenje (še posebej, če katarakta ogroža oftalmoskopijo, 2-D fundus photography, 3-D optično koherentno tomografijo in druge pripomočke za slike retinal) se takšni zdravstveni pogoji opirajo na elektroretinografijo - občutljivo tehniko, ki zazna in meri električne potenciale spremembe na površini roženice v očesu, ki jo povzročijo nevtralne in ne-nevronske retinalne celice, ki nastanejo kot odziv na svetlobni dražljaj. Kljub temu se je elektroretinografija v preteklosti soočila z izzivi v očesnih vmesnih elektrodah, ki so potrebne za odkrivanje elektroretinograma (ERG), kar je bolnikovo nelagodje zaradi trdih elektrod, omejenih vrst elektroretinogramov z enim tipom elektrode, zmanjšanimi amplitudami in stabilnostjo ter prekomernim očesom premikanje. Vendar so znanstveniki na Univerzi v Pekingu v Pekingu v zadnjem času pokazali mehke in prozorne kontaktne leče elektrode (GRACEs) za konformno snemanje signala elektroretinogramov pri kuncih in opicah cynomolgus, kar kaže na to, da njihove mehke grafene kontaktne leče elektrode obravnavajo te omejitve.

Prof. Xiaojie Duan je razpravljala o tem, da je ona, diplomanti in vodilni avtorji Rongkang Yin in Zheng Xu ter njihovi soavtorji objavili v Nature Communications. Največji izziv pri izdelavi mehkih grafenskih kontaktnih leč elektrod z široko spektralno optično prozornostjo, je dr. Duan povedal Phys.org, izdelal je elektrode brez kontaktnih leč brez gub in pojasnil, da lahko gube povzročijo optično nehomogenost po elektrodi, s čimer vplivajo na refleksijo očesa in natančnost vzorec lahkega dražljaja na mrežnici. "To pa zmanjša učinkovitost diagnoze retinopatije, " je dodal dr. Duan. "Grafena, dobljena s konvencionalno metodo rasti, je ravna folija in gube se neizogibno tvorijo po prenosu ploskovnega grafinskega filma na ukrivljeno površino. Za izdelavo elektrode z grafično kontaktno lečo z visoko električno prevodnostjo in optično enakomernostjo po elektrodi je pomembno neposredno uporabiti ukrivljen grafični film z enakomerno debelino. "

Uporaba GRACE-ov za konformno elektroretinografsko snemanje s popolno roženico ni imela večjih ovir, je nadaljevala. "Medtem ko ni primarne težave pri uporabi GRACE za konformno in popolno elektroretinografsko snemanje, dokler izdelane GRACE imajo razumno impedanco in optično prozornost, lahko vedno snemamo visokokakovostne signale ffERG in mfERG. Zato GRACES dobimo z ustrezno impedanco in optična prozornost, grafični film z odpornostjo na pločevino "- merilo odpornosti tankih filmov, ki so nominalno enakomerne v debelini -" pod 2000 Ω / m2 in optična prozornost nad 70% bo dovolj dobra. "

Vendar pa je glavni izziv za splošno snemanje ERG merjenje multifokalnega ERG (mfERG), ki istočasno meri lokalne odzive mrežnice z do 250 mest mrežnice v osrednjem 30-stopinjskem zemljevidu, ki je na zemljevidu topografsko-odraža odziv mrežnice na stimulacijo na določeni majhen mrežnici. "Za večfokalne ERG meritve", je dr. Duan povedal Phys.org, "vzorec vzbujanja svetlobe projicira na mrežnico. Zato je pomembno, da ima oko pravilno refrakcijo, tako da se vzorec stimulusa lahko jasno projicira." Poleg tega je signalna amplituda multifokalne ERG le približno 1 / 1000th od običajne ERG polnega polja (ffERG, ki meri ERG pod celotno stimulacijo mrežnice s svetlobnim virom pod scotopnim (temno prilagojenim) ali fototopskim (svetlobno prilagojenim) prilagoditev mrežnice), medtem ko mfERG zahteva relativno daljšo senzibilnost, udobje in stabilno povezavo z očesom, ki je zelo kritična za multifokalno snemanje ERG. "Konvencionalne kontaktne leče elektrode ponavadi spreminjajo lomljenje oči", je poudarila, "zaradi česar so neprimerni za večfokalni ERG snemanje." To pa pomeni, da druge elektrode (npr. Elektrode DTL) ne bodo spremenile lomljenja oči, pač pa bodo imele nizko merilno občutljivost in stabilnost signala.

Druga skrb, je zapisal dr. Duan, je, da je prostorska porazdelitev potenciala ERG po roženici dolgoročno vprašanje. "Konvencionalne elektrode uporabljajo neprosojno kovino kot snemalne elemente, ki se lahko nahajajo le na robu roženice, da bi se izognili blokirnemu vidu - situaciji, ki preprečuje snemanje ERG s prostorsko razrešitvijo, kar je potrebno za odkrivanje potencialne porazdelitve ERG Drug drug dejavnik je, da za konvencionalno togo elektrodo med elektrodami in roženico vedno obstaja debela solza, ki lahko preusmeri potencialno razliko med različnimi mesti na roženici. " Ta zadnja številka uvaja še en pomemben izziv pri razjasnitvi prostorske razporeditve ERG po roženici.

Dr. Duan je opisal ključne vpoglede, inovacije in tehnike, s katerimi so se spopadli s temi izzivi. "Kot sem že omenil, odpravljamo gube z uporabo ukrivljenega grafitnega filma, ki se neposredno vzgaja na ukrivljenem kremenčevem plesu, in obliko in ukrivljenost filma lahko preprosto nastavimo s spreminjanjem kalorij." Ključna točka, je poudarila, je, da enakomerna debelina ukrivljene grafene folije vodi do nastalih GRACE-jev, ki imajo enotno električno prevodnost in optično prozornost preko celotne elektrode kontaktne leče, kar je edinstveno glede GRACE-ov ekipe v primerjavi s predhodno prijavljenimi grafen- naprave za povezovanje oči. "Poleg tega, " je dodala, "smo vzpostavili in optimizirali pretok elektrode." Poudarja, da je z neposrednim nanosom ultratne izolacijske folije (Parylene-C, ki tvori substrat GRACE) na grafen / kvarcni kompleks, nato pa jedkanje kremenčevega plina, lahko naprave GRACE zlahka izdelujejo. «Ključni vzpon je, da ta strategija izdelave se izognemo poli (metil metakrilatu) (PMMA) - prozorni termoplastični (imenovani tudi akrilno ali akrilno steklo), ki se običajno uporablja za prenos grafena, ki se ne izogiba samo možni kontaminaciji PMMA, ki bi lahko povzročila optično nehomogenost, ampak tudi ohranja celovitost grafičnega filma - dejavnik, ki je kritičen za vzdrževanje električne prevodnosti GRACE.

Kot je bilo že omenjeno, je težko snemati multifokalne ERG signale z elektrodami kontaktnih leč, ker se nagiba k spremembi refleksije očesa. "Da bi rešili ta problem, " je poudaril dr. Duan, "smo GRACE izdelali za mehko in skladno s površino roženice s tesnim vmesnikom GRACE / roženica." S tem se izognemo nastajanju gostih tekočih rež ali zračnih rež med elektrodo in roženico - glavnim izvorom spremembe refrakcij pri nosu trdih kontaktnih leč elektrod. Kot je prikazano v svojem prispevku, lahko GRACE uspešno snemajo visokokakovostne multifokalne ERG signale, kar kaže na prednosti GRACE-ov preko elektrod za trdne kontaktne leče.

Za zagotovitev učinkovite večstranske, prostorsko ločene ERG snemanja so znanstveniki oblikovali in namestili mehko, prozorno grafensko več-elektrodno matriko. "Mehki elektrodni tesni vmesnik z roženico se je izognil ranžirnemu traku, " je pojasnila ona, "in visoka optična prosojnost omogoča namestitev elektrodne matrike z visoko gostoto na celotni površini roženice, ne da bi pri tem blokirala vid ali vplivala na enakomernost lahkega stimulansa." Kot rezultat, so opazili močnejši signal na osrednji roženici kot obrobju, kar dokazuje prednosti mehkih prozornih grafenskih elektrod v zapisih ERG.

V zvezi s posledicami njihovih ugotovitev v zvezi z GRACE za in vivo vizualne elektrofiziološke študije je dr. Duan ponovil, da njihove elektrodne kontaktne leče na osnovi grafena kažejo sposobnost za visoko učinkovito beleženje različnih vrst zapisov ERG, vključno s ffERG, mfERG in meERG (multi-elektrode ERG, ki prikazuje prostorske razlike v mrežnični aktivnosti z uporabo konvencionalnega polnega polja in množico elektrod na roženici), - fleksibilnost, ki jo konvencionalne ERG elektrode ne morejo doseči. "Z nadaljnjim testiranjem in razvojem, " je poudarila, "bi lahko nadomestila tradicionalne elektrode in jo uporabila v klinični praksi. Poleg tega, ker lezije mrežnice lahko povzročijo spremembo lokalnih potencialov roženice, večerektrodne ERG snemanje z grafenskim mikroelektrodom prikazana tukaj predstavlja potencialno funkcionalno elektrofiziološko tehniko slikanja mrežnice, ki se lahko uporablja kot diagnostično orodje za odkrivanje lokalnih področij motenj mrežnice pri enem samem polnem polju. "

Nadaljeval se je, da je dr. Duan v raziskavi znanstvenikov opredelil tri načrtovane naslednje korake:

  • Izboljšanje prepustnosti plina za elektrodo, da bo bolj primerna za dolgotrajno obrabo
  • Izdelajte dvodimenzionalno mehko prozorno elektrodno polje z visoko gostoto, da se zemljevid potenciala ERG po celotni površini roženice
  • Nanesite mehko prozorno grafensko mikroelektrodno polje za in vivo snemanje električne aktivnosti celic ganglije mrežnice na enoceličnem nivoju

Razpravljala je tudi o raziskavah in drugih inovacijah, ki bi jih lahko razvijale. "Na podlagi nanomaterialov in nanotehnologije poskušamo razviti tehnike, ki lahko zabeležijo ali modulirajo nevronske aktivnosti na velikih lestvicah z visoko prostorsko-časovno ločljivostjo in dolgoročno stabilnostjo ter preučijo uporabo teh tehnik pri razumevanju temeljnih in patoloških možganskih procesov. "

V zaključku je dr. Duan navedel druga področja raziskav, ki bi lahko imela koristi od njihove študije. "Mehke prozorne elektrode omogočajo sočasno elektrofiziologijo in optično nevronsko slikanje ali stimulacijo, kar je pomembno za proučevanje povezljivosti in funkcije nevronskih vezij. Konvencionalni nizi površinskih elektrodnih površin, ki uporabljajo neprosojne kovinske prevodnike, niso primerni za uporabo pri istočasnem električnem in optičnem nevronskem povezovanju, ker blokirajo vidno polje in so v električnih posnetkih nagnjeni k ustvarjanju svetlobno-umetnih artefaktov. Opisana mehka prozorna grafenska mikroelektrodna matrika se lahko uporablja pri raziskavah, ki združujejo optične in električne modalitete pri nevronskih povezavah. "

menu
menu