懸浮納米線的 SEM（掃描電子顯微鏡）圖像。來源：姚俊

使用懸浮納米線，馬薩諸塞大學(xué)的一個(gè)研究小組創(chuàng)建了一種微型傳感器，可以同時(shí)測量心臟組織中的電和機(jī)械細(xì)胞反應(yīng)，有望用于心臟病研究、藥物測試和再生醫(yī)學(xué)。

電氣和計(jì)算機(jī)工程(ECE) 博士 學(xué)生 Hongyan Gao 是《科學(xué)進(jìn)展》雜志在線發(fā)表的論文的作者，他將這項(xiàng)發(fā)明描述為“一種改進(jìn)心臟研究的新工具，具有在心臟病實(shí)驗(yàn)中具有前沿應(yīng)用的潛力。”

由于細(xì)胞是生物學(xué)中的基本功能元素，其機(jī)械和電學(xué)行為是指示細(xì)胞狀態(tài)的兩個(gè)關(guān)鍵特性，因此對(duì)于健康監(jiān)測、疾病診斷和組織修復(fù)非常重要。

“對(duì)細(xì)胞狀態(tài)的評(píng)估需要同時(shí)了解機(jī)械和電氣特性，”研究小組負(fù)責(zé)人、ECE 助理教授和生物醫(yī)學(xué)工程副教授 Jun Yao 說。這兩個(gè)屬性通常由不同的傳感器測量，并且細(xì)胞功能受到干擾的程度隨著使用的傳感器數(shù)量的增加而增加。

該傳感器由 3D 懸浮半導(dǎo)體硅納米線構(gòu)成。由于其尺寸比單個(gè)細(xì)胞小得多，納米線可以緊密地貼在細(xì)胞膜上并非常緊密地“傾聽”細(xì)胞活動(dòng)。它還具有將“聽到”的生物電和生物力學(xué)活動(dòng)轉(zhuǎn)換為用于檢測的電傳感信號(hào)的獨(dú)特特性。

傳感器結(jié)構(gòu)和細(xì)胞傳感器接口的示意圖。學(xué)分：姚俊

“除了開發(fā)集成生物芯片，我們的下一步是將納米傳感器集成在獨(dú)立支架上，以支配體外組織進(jìn)行深層組織研究，”姚說�！皬拈L遠(yuǎn)來看，我們希望納米傳感器能夠輸送到活體心臟系統(tǒng)，以改善健康監(jiān)測和早期疾病診斷�！�

姚說，在一個(gè)設(shè)備中合并多種傳感功能的概念也將拓寬通用生物界面工程的能力。