Kemajuan dalam Teknologi Pencitraan Otak Merevolusi Penelitian Neurosains

Para ilmuwan telah menciptakan perangkat mikro-pencitraan baru yang dirancang untuk merekam aktivitas otak dari tikus yang bergerak bebas. Ini merupakan kemajuan besar karena memungkinkan pengamatan otak dengan tingkat detail dan kecepatan yang sebelumnya tidak mungkin dicapai dengan perangkat besar dan bergerak terbatas. Perangkat ini dinamakan DeepInMiniscope, yaitu kamera tanpa lensa yang menggunakan sebuah masker kosong dengan lebih dari 100 lensa kecil miniatur. Setiap lensa kecil mengambil gambar dari sudut berbeda, yang kemudian digabungkan menggunakan algoritma komputer canggih untuk menghasilkan gambar tiga dimensi yang rinci. Sistem ini menggunakan jaringan neural yang menggabungkan optimasi tradisional dan deep learning, sehingga mampu memproses data secara cepat dan akurat. Dengan cara ini, gambar 3D dapat dihasilkan dalam waktu nyata, memungkinkan peneliti untuk melihat aktivitas neuron secara langsung. DeepInMiniscope berhasil mengatasi masalah pada jaringan biologis seperti hamburan cahaya dan rendahnya kontras, yang biasanya menghambat pencitraan. Ini memungkinkan rekaman aktivitas otak dalam kondisi nyata tanpa perlu tindakan invasif seperti operasi. Ke depannya, tim yang dipimpin oleh Weijian Yang berencana mengecilkan perangkat ini hingga hanya berukuran 2 cm persegi dan menjadikannya tanpa kabel. Perkembangan ini akan sangat membantu proses penelitian mengenai hubungan antara aktivitas otak dan perilaku, serta berpotensi membuka jalan baru untuk pengobatan gangguan otak.

Tim peneliti dari Rice University mengembangkan metode unik untuk melihat bagian kecil dari protein di dalam sel hidup. Metode ini menggunakan probe fluorescent bernama AnapTh yang dapat dimasukkan ke dalam lokasi tertentu pada protein, sehingga perubahan kecil dan awal dalam protein dapat terlihat secara langsung. AnapTh bekerja dengan menunjukkan perubahan warna tergantung pada lingkungan di sekitarnya. Secara khusus, perubahan ini membantu peneliti melihat bagian protein mana yang mulai mengalami perubahan yang biasa terjadi pada tahap awal penyakit seperti Alzheimer atau Parkinson. Penelitian menemukan bahwa agregasi protein, yaitu penggumpalan yang memicu penyakit, tidak terjadi secara seragam. Agregasi malah dimulai di titik-titik spesifik atau ‘hot spots’, yang sebelumnya tidak bisa dideteksi oleh metode lain. Dengan kemampuan ini, para peneliti bisa memantau bagaimana penyakit berkembang dalam sel secara lebih akurat dan cepat. Selain itu, metode ini juga memungkinkan uji coba obat yang bisa menghentikan agregasi protein sejak awal, sebelum kerusakan bertambah parah. Studi ini memberikan harapan besar untuk pengembangan obat baru yang bisa menargetkan proses awal penyakit neurodegeneratif dan juga memberikan wawasan mendalam mengenai cara kerja protein di dalam sel hidup yang sebelumnya tersembunyi.

Para insinyur dari Universitas Michigan membuat sebuah nanostruktur yang bisa mengarahkan dan menghentikan aliran eksiton di suhu ruang. Eksiton adalah partikel kuantum yang membawa energi tanpa adanya muatan listrik, sehingga bisa mengurangi energi yang hilang menjadi panas seperti pada elektronik biasa. Eksiton terbentuk ketika cahaya menggerakkan elektron di semikonduktor, membentuk pasangan dengan lubang positif yang bergerak bersama sebagai paket energi netral. Karena tanpa muatan listrik, eksiton dapat bergerak tanpa menghasilkan panas berlebih yang biasanya terjadi pada sirkuit elektronik. Salah satu masalah utama excitonics adalah sulitnya mengontrol eksiton karena mereka tidak merespon medan listrik. Untuk mengatasi hal ini, tim dari Michigan membuat struktur ridged yang berfungsi seperti kawat dan menempatkan elektroda pengendali di kedua sisi untuk menghentikan atau mengalirkan eksiton seperti saklar. Dalam pengujian, perangkat ini menunjukkan kemampuan switching on-off dengan rasio lebih dari 19 desibel, sebuah hasil yang sangat baik untuk aplikasi optoelektronik masa depan. Mereka juga bisa menggerakkan eksiton sejauh 4 mikrometer dalam waktu kurang dari setengah nanodetik menggunakan cahaya. Teknologi ini diharapkan dapat mempercepat pertukaran data dalam pemrosesan dan komunikasi, khususnya untuk komputer super, smartphone, AI, kendaraan otonom, serta digital twin. Tim sudah mengajukan paten dan berencana menghubungkan ratusan saklar eksiton menjadi sistem yang lebih besar.

Peneliti di Johns Hopkins University telah menemukan cara baru untuk membuat microchip dengan ukuran fitur yang sangat kecil hingga tak terlihat oleh mata manusia. Teknologi ini berpotensi menghasilkan chip yang lebih cepat, lebih kecil, dan lebih murah, yang digunakan di berbagai perangkat mulai dari smartphone sampai pesawat terbang. Salah satu tantangan terbesar dalam pembuatan microchip adalah kemampuan material resist yang digunakan untuk melindungi dan membentuk pola pada wafer silikon saat terkena sinar radiasi ultra ekstrem. Material resist tradisional tidak cukup kuat untuk menghadapi radiasi tinggi yang dibutuhkan untuk membuat pola terkecil. Untuk mengatasi hal ini, tim peneliti mengembangkan resist metal-organik berbasis imidazole yang dapat menahan radiasi B-EUV, yang merupakan jenis radiasi sangat kuat dan presisi. Bahan ini dibuat dengan metode Chemical Liquid Deposition yang memungkinkan kontrol ketebalan dan pengujian berbagai kombinasi logam dan organik secara cepat. Salah satu temuan penting adalah penggunaan logam zinc yang sangat efektif dalam menyerap radiasi B-EUV dan memicu reaksi kimia yang membentuk pola pada wafer. Kerjasama antara berbagai universitas dan laboratorium riset dunia mendukung keberhasilan studi ini. Penemuan ini membuka jalan bagi produksi massal microchip yang lebih kecil dan efisien dalam waktu dekat. Teknologi ini diprediksi dapat mengubah cara manufaktur elektronik di masa depan dan mendukung inovasi teknologi di berbagai industri.