【儀表網(wǎng) 儀表產(chǎn)業(yè)】導(dǎo)讀：心臟病在過去20年里一直是“頭號殺手”，死于心臟病的人數(shù)占全部死亡人數(shù)的16%。近日，加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究者們研發(fā)了一個柔性電子傳感器陣列，可監(jiān)測電信號在心肌細(xì)胞內(nèi)以及細(xì)胞間的傳導(dǎo)，有望實現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)信號檢測，研究細(xì)胞內(nèi)不同細(xì)胞器之間的信號傳導(dǎo)，或可用于測試新藥物如何影響心臟細(xì)胞和組織。
 

　　這種微小的“彈出式”傳感器會在不損害細(xì)胞的情況下進入細(xì)胞，并直接測量單個心臟細(xì)胞內(nèi)電信號的傳導(dǎo)和速度，還可以獲得心臟內(nèi)高分辨率的圖片。
 

　　同一個設(shè)備在單位面積的心肌組織上可以布置多個傳感器，在有限的空間內(nèi)獲得更詳細(xì)的信息。傳感器提供的這些信息，可以幫助臨床醫(yī)生更好地診斷。”
 

　　這個傳感器是由一個三維陣列的微型場效應(yīng)晶體管(或稱FET)組成，形狀像一個尖頭。這些微小的場效應(yīng)晶體管可以穿透但不損壞細(xì)胞膜，并且非常靈敏，能夠直接在細(xì)胞內(nèi)檢測到非常微弱的電信號。
 

　　在一個設(shè)備上設(shè)計多個相互獨立的傳感器，當(dāng)設(shè)備去測試細(xì)胞信號的時候，如果這些傳感器各自測試不同的細(xì)胞，研究的電信號就是在這些細(xì)胞之間的傳遞。另一種情況是，如果兩個相鄰的傳感器在同一個細(xì)胞的不同位置監(jiān)測，得到的就是細(xì)胞內(nèi)部信號的傳導(dǎo)。
 

　　目前，電信號在單細(xì)胞內(nèi)傳導(dǎo)的詳細(xì)信息還是未知的。這就是這個裝置的獨特之處，它可以讓兩個傳感器以最小的侵入方式穿透同一個細(xì)胞的細(xì)胞膜，讓我們看到信號在同一個細(xì)胞內(nèi)的傳導(dǎo)方向，以及它的傳導(dǎo)速度如何。
 

　　為了構(gòu)建這個設(shè)備，該團隊首先將場效應(yīng)晶體管制作成二維片狀，然后將這個二維的器件轉(zhuǎn)移到一個預(yù)先拉伸開的硅膠彈性體基底上。當(dāng)預(yù)拉伸的力被釋放后，原本的二維結(jié)構(gòu)就受到一個擠壓力，在這個擠壓力的作用下，這個二維結(jié)構(gòu)會變形成三維的結(jié)構(gòu)。這種傳感器就像一本立體書，它開始是二維結(jié)構(gòu)，在壓力下某些部分彈出，從而形成三維結(jié)構(gòu)。
 

　　科研團隊在體外培養(yǎng)的心肌細(xì)胞和心臟組織上都測試了這種傳感器。實驗會將細(xì)胞培養(yǎng)物或組織放在該裝置上，然后監(jiān)測場效應(yīng)晶體管傳感器接收到的電信號。通過觀察哪些傳感器先檢測到信號，以及其他傳感器檢測到信號所需的時間，研究小組就可以確定信號的傳輸方式和速度，還能測量相鄰細(xì)胞的信號。
 

　　傳統(tǒng)用于監(jiān)測細(xì)胞電信號的膜片鉗技術(shù)，仍是最廣泛應(yīng)用的細(xì)胞內(nèi)電生理信號技術(shù)，但設(shè)備的操作難度非常大，侵入式的測量方式也很容易殺死待測的細(xì)胞。利用這種表面修飾磷脂雙分子層的傳感器，可以盡可能減少對待測細(xì)胞的侵害，從而實現(xiàn)將兩個傳感器放到同一個細(xì)胞內(nèi)的測試。
 

　　該設(shè)備的一個最基本的應(yīng)用方向就是在未來能一定范圍內(nèi)取代傳統(tǒng)的膜片鉗技術(shù)，用于細(xì)胞內(nèi)電生理信號的監(jiān)測。膜片鉗技術(shù)除了對操作者技術(shù)和經(jīng)驗的極高要求，導(dǎo)致其無法更大范圍地推廣外，也很難應(yīng)用于同時記錄多個細(xì)胞的信號，所以很少用于研究電信號的傳導(dǎo)性能，然而此項研究所介紹的工具在這兩方面都具有優(yōu)勢。
 

　　接下來，該團隊將會開展神經(jīng)元內(nèi)部電信號活動的研究。研究人員計劃用這種設(shè)備記錄活體真實生物組織的電活動。徐升設(shè)想了一種可植入于跳動的心臟表面或大腦皮層表面的設(shè)備，但目前的設(shè)備距離這個設(shè)想要達到的階段還很遠(yuǎn)。
 

　　為了達到這個目標(biāo)，研究人員還需要針對FET傳感器布局的調(diào)整、FET陣列的尺寸和材料的優(yōu)化，以及在人工智能輔助的信號處理算法的設(shè)備整合等方面進行深入研究。
 

　　這項研究中介紹的設(shè)備制備工藝比較新穎，而新的工藝還需要制定相應(yīng)的復(fù)合工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。另一方面是，這項制備技術(shù)是可以定制的。針對不同種類的細(xì)胞或者研究內(nèi)容，可以設(shè)計不同結(jié)構(gòu)的設(shè)備。若要走上產(chǎn)業(yè)化道路，如何制定一套設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和指南也是需要解決的問題。