加州大学圣地亚哥分校的工程师开发了一种强大的新工具，可以监测心脏细胞内的电活动，使用微小的“弹出式”传感器插入细胞而不会损坏它们。该设备直接测量在单个心脏细胞内(第一个)以及多个心脏细胞之间传播的电信号的运动和速度。它也是第一个在 3D 组织细胞内测量这些信号的公司。
该设备于 12 月 23 日发表在《自然纳米技术》杂志上，可以让科学家们更详细地了解心脏病和疾病，如心律失常(心律异常)、心脏病发作和心脏纤维化(心脏组织变硬或增厚)。
“研究电信号如何在不同细胞之间传播对于了解细胞功能和疾病的机制很重要，”第一作者、最近获得博士学位的谷悦说。加州大学圣地亚哥分校材料科学与工程专业。“例如，这个信号的不规则可能是心律失常的征兆。如果信号不能从心脏的一部分正确传播到另一部分，那么心脏的某些部分就无法接收到信号，从而无法收缩。”
“有了这个设备，我们可以放大到细胞水平，并获得心脏正在发生的事情的高分辨率图像;我们可以看到哪些细胞出现故障，哪些部分与其他部分不同步，并确定信号弱的地方，”加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院纳米工程教授、资深作者徐盛说。“这些信息可用于帮助告知临床医生并使他们能够做出更好的诊断。”
该设备由一个 3D 阵列的微观场效应晶体管或 FET 组成，它们的形状像尖尖的尖端。这些微小的 FET 可以穿透细胞膜而不会损坏它们，并且足够灵敏，可以直接检测细胞内部的电信号——即使是非常微弱的信号。为了避免被视为外来物质并长时间留在细胞内，FET 被包裹在磷脂双层中。FET 可以同时监测来自多个电池的信号。他们甚至可以监控同一小区内两个不同站点的信号。
“这就是这款设备的独特之处，”顾说。“它可以让两个 FET 传感器以最小的侵入性穿透一个细胞内部，并让我们能够看到信号传播的方式和速度。迄今为止，有关单个细胞内信号传输的详细信息尚不清楚。”
为了构建该设备，该团队首先将 FET 制成 2D 形状，然后将这些形状的选定点粘合到预拉伸的弹性体片上。然后研究人员松开弹性体片，使设备弯曲，FET 折叠成 3D 结构，以便它们可以穿透细胞内部。
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