工程師們首次展示了一種電子設(shè)備，可以在不影響心臟細(xì)胞行為的情況下密切監(jiān)測(cè)跳動(dòng)的心臟細(xì)胞。東京大學(xué)、東京婦女醫(yī)科大學(xué)和日本的RIKEN合作，生產(chǎn)了一種心臟細(xì)胞的功能樣本，其中含有一個(gè)與組織直接接觸的軟納米傳感器。這個(gè)裝置可以幫助研究其他細(xì)胞、器官和藥物。它也為未來(lái)的嵌入式醫(yī)療設(shè)備鋪平了道路。
我們每個(gè)人的內(nèi)心都跳動(dòng)著一顆維持生命的心。不幸的是，這個(gè)器官并不總是完美的，有時(shí)會(huì)出錯(cuò)。無(wú)論如何，對(duì)心臟的研究對(duì)我們所有人來(lái)說(shuō)都是至關(guān)重要的。因此，當(dāng)東京大學(xué)Takao Someya教授的研究小組的研究員SunghonLee提出了一個(gè)能監(jiān)測(cè)正常細(xì)胞的超聲波電子傳感器的想法時(shí)，他的團(tuán)隊(duì)抓住了這個(gè)機(jī)會(huì)，利用這個(gè)傳感器來(lái)研究心臟細(xì)胞，也就是心肌細(xì)胞，就在它們跳動(dòng)的時(shí)候。
李說(shuō)：“當(dāng)研究人員研究心肌細(xì)胞的動(dòng)作時(shí)，他們會(huì)把它們培養(yǎng)在硬培養(yǎng)皿上，并附加剛性傳感器探針。這些都會(huì)阻礙細(xì)胞在樣本跳動(dòng)時(shí)移動(dòng)的自然傾向，因此觀(guān)察并不能很好地反映現(xiàn)實(shí)情況。”“我們的納米傳感器讓研究人員可以更忠實(shí)地研究心肌細(xì)胞和其他細(xì)胞培養(yǎng)物的性質(zhì)。關(guān)鍵是將這種傳感器與一種靈活的基質(zhì)或基質(zhì)結(jié)合起來(lái)，使細(xì)胞得以生長(zhǎng)�！�
在這項(xiàng)研究中，東京女子醫(yī)科大學(xué)的合作者提供了一種來(lái)自人類(lèi)干細(xì)胞的心肌細(xì)胞的健康培養(yǎng)。培養(yǎng)的基礎(chǔ)是一種叫做纖維蛋白凝膠的非常柔軟的材料。Lee將納米傳感器放置在細(xì)胞培養(yǎng)的頂部，這是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間去除和添加液體培養(yǎng)基。這對(duì)于正確定位納米傳感器是很重要的。
“精細(xì)的網(wǎng)格傳感器很難完美地放置。這反映了最初制作它所需的微妙觸覺(jué)，”Lee繼續(xù)說(shuō)。“構(gòu)成整個(gè)網(wǎng)狀傳感器基礎(chǔ)的聚氨酯鏈比人類(lèi)頭發(fā)薄10倍。經(jīng)過(guò)大量的練習(xí)，我的耐心被推到了極限，但最終我制作了一些工作原型�！�
為了制造這種感應(yīng)器，首先，一種叫做靜電紡絲的方法將超細(xì)聚氨酯線(xiàn)擠成一張平板，類(lèi)似于一些普通的3D打印機(jī)的工作方式。這種蜘蛛網(wǎng)狀的薄片，然后涂上一種塑料的對(duì)二甲苯，以加強(qiáng)它。在網(wǎng)格的某些部分上的對(duì)二甲苯是通過(guò)一個(gè)模版的干法蝕刻工藝去除的。然后將黃金應(yīng)用于這些區(qū)域，以制造傳感器探針和通訊線(xiàn)路。另外的二甲苯分離探針，這樣它們的信號(hào)就不會(huì)互相干擾。
用三個(gè)探針，傳感器讀取三個(gè)位置的電壓。對(duì)于任何看過(guò)醫(yī)院戲劇的人來(lái)說(shuō)，這種讀數(shù)似乎都很熟悉，因?yàn)樗举|(zhì)上是一種心電圖。由于有了多個(gè)探針，研究人員可以看到信號(hào)的傳播，這些信號(hào)是由細(xì)胞產(chǎn)生并觸發(fā)其跳動(dòng)的。這些信號(hào)被認(rèn)為是一種動(dòng)作或場(chǎng)電位，在評(píng)估藥物對(duì)心臟的影響時(shí)是極其重要的。
李說(shuō)：“藥物樣本需要到達(dá)細(xì)胞樣本，固體傳感器要么會(huì)很難分發(fā)藥物，要么會(huì)阻止它完全到達(dá)樣本。因此納米傳感器的多孔性質(zhì)是有意的，是整個(gè)想法背后的驅(qū)動(dòng)力�！薄盁o(wú)論是用于藥物研究、心臟監(jiān)測(cè)還是為了減少動(dòng)物試驗(yàn)，我都迫不及待地想要看到這種設(shè)備被生產(chǎn)出來(lái)并投入使用。當(dāng)我看到那些金線(xiàn)的特寫(xiě)圖像時(shí)，我仍然有一種強(qiáng)烈的感覺(jué)。”
