Устройство углеродосодержащего микросенсора для определения концентрации дофамина при долговременных имплантациях в головной мозг млекопитающих

Полезная модель относится к области экспериментальной медицины, в частности к созданию имплантируемых in vivo электродов для изучения центральной нервной системы млекопитающих методом вольтамперометрии. Техническим результатом, на получение которого направлена полезная модель, является повышение технологичности микросенсора за счет применения в качестве основы для роста углеродных нанотрубок промышленно изготавливаемых микропроводов в стеклянной изоляции. Технический результат достигается в микросенсоре, в котором на конце отрезка промышленно изготавливаемого микропровода с металлической жилой (например, из никеля) в изолирующей оболочке (например, стеклянной), предварительно покрытом (например, путем магнетронного осаждения) с одного конца катализатором для роста углеродных нанотрубок (например, тонким слоем железа, никеля или кобальта), с обеспечением электрического контакта с жилой микропровода, на котором синтезированы углеродные нанотрубки (например, методом каталитического пиролиза углеводородов, в частности из ацетилена). 1 НП, 4 ЗП, 1 ИЛ.

Полезная модель относится к области экспериментальной медицины, в частности к созданию имплантируемых in vivo электродов для изучения центральной нервной системы млекопитающих методом вольтамперометрии.

Поиск наилучших материалов для сенсоров и оптимизация конструкции рабочего электрода с точки зрения размеров, селективности, чувствительность и периода работы при имплантации представляет актуальную проблему. При этом, с одной стороны, размеры электрода должны быть минимальными для целей минимизации воспалительных процессов при имплантации и для повышения локальности измерений, а площадь контакта электрода с исследуемым материалом должна быть максимально возможной для повышения чувствительности датчика.

Известны микроэлектроды из углеродного волокна в полиимидной изоляции (J.J.Clark et al., Chronic microsensors for longitudinal, subsecond dopamine detection in behaving animals NATURE METHODS, vol.7 No.2, 2010, p.126-129), в которых 7-ми микронное углеродное волокно вставляется в полиимидную капиллярную трубку диаметром 90 микрон, при этом пространство на конце капилляра между углеродным волокном и капилляром заполнено эпоксидным клеем (http://sintn-seminars.stanford.edu/reprints/ Phillips1.pdf).

Недостатком устройства является низкая технологичность устройства, определяемая сложностью размещения углеродного волокна в капилляре и низкая чувствительность устройства, обусловленная малой площадью контактной поверхности углеродного волокна.

Известно использование углеродных нанотрубок в качестве материала для модификации электродов из углеродного волокна с целью увеличения их чувствительности за счет увеличения площади поверхности углерода (С.В.Jacobs, T.L.Vickrey and В.J.Venton, Functional groups modulate the sensitivity and electron transfer kinetics of neurochemicals at carbon nanotube modified microelectrodes. Analyst, 2011, 136, 3557-3565, http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/an/c0an00854k, опубликовано 04.03.2011).

Недостатком устройства является низкая технологичность устройства в связи с использованием в качестве основы для роста углеродных нанотрубок электродов из углеродного волокна, размещаемого в капилляре, которые достаточно сложны в изготовлении.

Техническим результатом, на получение которого направлена полезная модель, является повышение технологичности микросенсора за счет применения в качестве основы для роста углеродных нанотрубок промышленно изготавливаемых микропроводов в стеклянной изоляции.

Технический результат достигается в микросенсоре, в котором на конце отрезка промышленно изготавливаемого микропровода с металлической жилой (например, из никеля) в изолирующей оболочке (например, стеклянной), предварительно покрытом (например, путем магнетронного осаждения) с одного конца катализатором для роста углеродных нанотрубок (например, тонким слоем железа, никеля или кобальта), с обеспечением электрического контакта с жилой микропровода, на котором синтезированы углеродные нанотрубки (например, методом каталитического пиролиза углеводородов, в частности из ацетилена).

На фиг.1. изображена схема устройства.

Устройство состоит из отрезка серийно изготавливаемого микропровода 1 (http://www.microprovod.com/portfolio/catalog/micro_in_glass/niccolum.aspx), толщиной от 12 до 24 мкм, с жилой 2 диаметром от 4 до 15 мкм, изготовленной, например, из никеля в стеклянной оболочке 3. Длина отрезка 1 микропровода выбирается исходя из расстояния от поверхности до места расположения датчика внутри исследуемого органа. На одном конце отрезка 1 сформирован контакт 4, присоединенный к жиле 2 микропровода 1, используемый для подключения к измерительному оборудованию. На втором конце микропровода 1 нанесен катализатор 5 для роста углеродных нанотрубок (например, в виде осажденной тонкой пленки никеля) на котором синтезированы углеродные нанотрубки 6, являющиеся чувствительным элементом устройства.

Чувствительный элемент 6 устройства при использовании помещается в место проведения измерений в исследуемом материале (в качестве которого может быть выбран, например, головной мозг крыс), а второй конец устройства выводится наружу из исследуемого материала, и подключается через контакт 4 к измерительному устройству, после чего, с помощью метода вольтамперометрии, исследуется нейрохимические процессы в исследуемом материале. Например, измерение динамики высвобождения внеклеточного дофамина в режиме реального времени в мозге млекопитающих с применением методики in vivo вольтамперометрии, является незаменимым инструментом для доклинического испытания новых фармакологических средств.

Таким образом, достигается технический результат, поскольку при изготовлении устройства используются серийно производимые микропровода, на которых промышленным методом синтезированы углеродные нанотрубки, обеспечивающие высокую чувствительность микросенсора.

1. Электрод для изучения центральной нервной системы млекопитающих, содержащий углеродные нанотрубки, отличающийся тем, что углеродные нанотрубки синтезированы на поверхности катализатора, нанесенного на один конец микропровода в изолирующей оболочке, с образованием электрического контакта с жилой микропровода.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве катализатора для синтеза углеродных нанотрубок используется или железо, или никель, или кобальт.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что катализатор наносится на микропровод путем магнетронного осаждения.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центральная жила микропровода выполнена или из меди, или из никеля, или из платины.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что изолирующая оболочка выполнена стеклянной.