電子傳感器可以檢測單個心臟細胞何時出現(xiàn)異常行為

加州大學(xué)圣地亞哥分校的工程師開發(fā)了一種強大的新工具，可以監(jiān)測心臟細胞內(nèi)的電活動，使用微小的“彈出式”傳感器插入細胞而不會損壞它們。該設(shè)備直接測量在單個心臟細胞內(nèi)(第一個)以及多個心臟細胞之間傳播的電信號的運動和速度。它也是第一個在 3D 組織細胞內(nèi)測量這些信號的公司。

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)。

“研究電信號如何在不同細胞之間傳播對于了解細胞功能和疾病的機制很重要，”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，這個信號的不規(guī)則可能是心律失常的征兆。如果信號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，從而無法收縮。”

“有了這個設(shè)備，我們可以放大到細胞水平，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胞出現(xiàn)故障，哪些部分與其他部分不同步，并確定信號弱的地方，”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 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 可以穿透細胞膜而不會損壞它們，并且足夠靈敏，可以直接檢測細胞內(nèi)部的電信號——即使是非常微弱的信號。為了避免被視為外來物質(zhì)并長時間留在細胞內(nèi)，F(xiàn)ET 被包裹在磷脂雙層中。FET 可以同時監(jiān)測來自多個電池的信號。他們甚至可以監(jiān)控同一小區(qū)內(nèi)兩個不同站點的信號。

“這就是這款設(shè)備的獨特之處，”顧說。“它可以讓兩個 FET 傳感器以最小的侵入性穿透一個細胞內(nèi)部，并讓我們能夠看到信號傳播的方式和速度。迄今為止，有關(guān)單個細胞內(nèi)信號傳輸?shù)脑敿毿畔⑸胁磺宄?rdquo;

為了構(gòu)建該設(shè)備，該團隊首先將 FET 制成 2D 形狀，然后將這些形狀的選定點粘合到預(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胞內(nèi)部。

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