Notre compréhension actuelle du fonctionnement du cerveau est très pauvre. Les signaux électriques circulent dans le cerveau et dans tout le corps, et les propriétés électriques des tissus biologiques sont étudiées par électrophysiologie. Pour acquérir une grande amplitude et une haute qualité de signaux neuronaux, l'enregistrement intracellulaire est une méthodologie puissante par rapport à l'enregistrement extracellulaire pour mesurer la tension ou le courant à travers les membranes cellulaires. Des dispositifs à base de nanofils et de nanotubes ont été développés pour les applications d'enregistrement intracellulaire afin de démontrer les avantages de ces dispositifs ayant une résolution spatiale élevée et une sensibilité élevée.

Cependant, la longueur de ces dispositifs d'électrodes à nanofils/nanotubes est actuellement limitée à moins de 10 µm en raison de problèmes de processus qui surviennent lors de la fabrication de dispositifs nanométriques à rapport d'aspect élevé, qui mesurent plus de 10 µm de long. Ainsi, les nanodispositifs conventionnels ne sont pas applicables aux neurones/cellules dans les tissus biologiques épais, y compris les tranches de cerveau et le cerveau in vivo.

Une équipe de recherche du Département de génie électrique et électronique de l'information et de l'Institut de recherche interdisciplinaire inspiré par l'électronique (EIIRIS) de l'Université de technologie de Toyohashi a développé des électrodes à pointe nanométrique (NTE) à base de microneed?e tridimensionnelles qui sont plus longues que 100 µm. La longueur de l'aiguille dépasse celle des dispositifs intracellulaires conventionnels à base de nanofils/nanotubes, élargissant ainsi la gamme d'applications des nanodispositifs dans l'enregistrement intracellulaire, comme la pénétration profonde des tissus. En outre, ils effectuent des enregistrements intracellulaires à l'aide de cellules musculaires.

"Un défi technologique en électrophysiologie est l'enregistrement intracellulaire dans un tissu biologique épais. Par exemple, une longueur d'aiguille de plus de 40 µm est nécessaire pour effectuer des expériences de coupe de cerveau. Cependant, il est presque impossible de pénétrer des aiguilles de diamètre nanométrique avec un rapport d'aspect élevé, en raison de la nanostructure en forme de cheveux longs qui a une rigidité insuffisante. D'autre part, notre NTE, qui est une électrode en forme de cône de 120 µm de long, a une rigidité suffisante pour perforer les tissus et les cellules", explique le premier auteur doctorant, Yoshihiro Kubota.

Le chef de l'équipe de recherche, Le professeur agrégé Takeshi Kawano a déclaré « Bien que nous ayons démontré les résultats préliminaires de notre appareil NTE, la fabrication par lots de telles électrodes intracellulaires, qui ont une longueur d'aiguille supérieure à 100 µm, devrait conduire à une avancée dans les technologies de l'appareil. Cela conduira à terme à la réalisation de multisites, enregistrements intracellulaires en profondeur pour les tissus biologiques, y compris les tranches de cerveau et le cerveau in vivo, qui dépassent les capacités des dispositifs intracellulaires conventionnels."

Comme l'a expliqué l'équipe de recherche, le NTE a le potentiel d'être utilisé dans des cellules qui sont profondément dans un tissu biologique, y compris tranche de cerveau et cerveau in vivo, accélérant ainsi la compréhension du cerveau.