加州大學(xué)圣地亞哥分校的工程師開發(fā)了一種強(qiáng)大的新工具，可以監(jiān)測心臟細(xì)胞內(nèi)的電活動(dòng)，使用微小的“彈出式”傳感器插入細(xì)胞而不會(huì)損壞它們。該設(shè)備直接測量在單個(gè)心臟細(xì)胞內(nèi)(第一個(gè))以及多個(gè)心臟細(xì)胞之間傳播的電信號(hào)的運(yùn)動(dòng)和速度。它也是第一個(gè)在 3D 組織細(xì)胞內(nèi)測量這些信號(hào)的公司。
該設(shè)備于 12 月 23 日發(fā)表在《自然納米技術(shù)》雜志上，可以讓科學(xué)家們更詳細(xì)地了解心臟病和疾病，如心律失常(心律異常)、心臟病發(fā)作和心臟纖維化(心臟組織變硬或增厚)。
“研究電信號(hào)如何在不同細(xì)胞之間傳播對(duì)于了解細(xì)胞功能和疾病的機(jī)制很重要，”第一作者、最近獲得博士學(xué)位的谷悅說。加州大學(xué)圣地亞哥分校材料科學(xué)與工程專業(yè)。“例如，這個(gè)信號(hào)的不規(guī)則可能是心律失常的征兆。如果信號(hào)不能從心臟的一部分正確傳播到另一部分，那么心臟的某些部分就無法接收到信號(hào)，從而無法收縮。”
“有了這個(gè)設(shè)備，我們可以放大到細(xì)胞水平，并獲得心臟正在發(fā)生的事情的高分辨率圖像;我們可以看到哪些細(xì)胞出現(xiàn)故障，哪些部分與其他部分不同步，并確定信號(hào)弱的地方，”加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布斯工程學(xué)院納米工程教授、資深作者徐盛說。“這些信息可用于幫助告知臨床醫(yī)生并使他們能夠做出更好的診斷。”
該設(shè)備由一個(gè) 3D 陣列的微觀場效應(yīng)晶體管或 FET 組成，它們的形狀像尖尖的尖端。這些微小的 FET 可以穿透細(xì)胞膜而不會(huì)損壞它們，并且足夠靈敏，可以直接檢測細(xì)胞內(nèi)部的電信號(hào)——即使是非常微弱的信號(hào)。為了避免被視為外來物質(zhì)并長時(shí)間留在細(xì)胞內(nèi)，F(xiàn)ET 被包裹在磷脂雙層中。FET 可以同時(shí)監(jiān)測來自多個(gè)電池的信號(hào)。他們甚至可以監(jiān)控同一小區(qū)內(nèi)兩個(gè)不同站點(diǎn)的信號(hào)。
“這就是這款設(shè)備的獨(dú)特之處，”顧說。“它可以讓兩個(gè) FET 傳感器以最小的侵入性穿透一個(gè)細(xì)胞內(nèi)部，并讓我們能夠看到信號(hào)傳播的方式和速度。迄今為止，有關(guān)單個(gè)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳輸?shù)脑敿?xì)信息尚不清楚。”
為了構(gòu)建該設(shè)備，該團(tuán)隊(duì)首先將 FET 制成 2D 形狀，然后將這些形狀的選定點(diǎn)粘合到預(yù)拉伸的彈性體片上。然后研究人員松開彈性體片，使設(shè)備彎曲，F(xiàn)ET 折疊成 3D 結(jié)構(gòu)，以便它們可以穿透細(xì)胞內(nèi)部。
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