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工程師們發(fā)明了精密的傳感器來監(jiān)控心臟細胞,并將其破壞到最小程度。
來源:賽思維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2019/1/1

工程師們首次展示了一種電子設備,可以在不影響心臟細胞行為的情況下密切監(jiān)測跳動的心臟細胞。東京大學、東京婦女醫(yī)科大學和日本的RIKEN合作,生產(chǎn)了一種心臟細胞的功能樣本,其中含有一個與組織直接接觸的軟納米傳感器。這個裝置可以幫助研究其他細胞、器官和藥物。它也為未來的嵌入式醫(yī)療設備鋪平了道路。

我們每個人的內(nèi)心都跳動著一顆維持生命的心。不幸的是,這個器官并不總是完美的,有時會出錯。無論如何,對心臟的研究對我們所有人來說都是至關重要的。因此,當東京大學Takao Someya教授的研究小組的研究員SunghonLee提出了一個能監(jiān)測正常細胞的超聲波電子傳感器的想法時,他的團隊抓住了這個機會,利用這個傳感器來研究心臟細胞,也就是心肌細胞,就在它們跳動的時候。

李說:“當研究人員研究心肌細胞的動作時,他們會把它們培養(yǎng)在硬培養(yǎng)皿上,并附加剛性傳感器探針。這些都會阻礙細胞在樣本跳動時移動的自然傾向,因此觀察并不能很好地反映現(xiàn)實情況!薄拔覀兊募{米傳感器讓研究人員可以更忠實地研究心肌細胞和其他細胞培養(yǎng)物的性質。關鍵是將這種傳感器與一種靈活的基質或基質結合起來,使細胞得以生長!

在這項研究中,東京女子醫(yī)科大學的合作者提供了一種來自人類干細胞的心肌細胞的健康培養(yǎng)。培養(yǎng)的基礎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胞培養(yǎng)的頂部,這是一個復雜的過程,需要在適當?shù)臅r間去除和添加液體培養(yǎng)基。這對于正確定位納米傳感器是很重要的。

“精細的網(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,”Lee繼續(xù)說!皹嫵烧麄網(wǎng)狀傳感器基礎的聚氨酯鏈比人類頭發(fā)薄10倍。經(jīng)過大量的練習,我的耐心被推到了極限,但最終我制作了一些工作原型。”

為了制造這種感應器,首先,一種叫做靜電紡絲的方法將超細聚氨酯線擠成一張平板,類似于一些普通的3D打印機的工作方式。這種蜘蛛網(wǎng)狀的薄片,然后涂上一種塑料的對二甲苯,以加強它。在網(wǎng)格的某些部分上的對二甲苯是通過一個模版的干法蝕刻工藝去除的。然后將黃金應用于這些區(qū)域,以制造傳感器探針和通訊線路。另外的二甲苯分離探針,這樣它們的信號就不會互相干擾。

用三個探針,傳感器讀取三個位置的電壓。對于任何看過醫(yī)院戲劇的人來說,這種讀數(shù)似乎都很熟悉,因為它本質上是一種心電圖。由于有了多個探針,研究人員可以看到信號的傳播,這些信號是由細胞產(chǎn)生并觸發(fā)其跳動的。這些信號被認為是一種動作或場電位,在評估藥物對心臟的影響時是極其重要的。

李說:“藥物樣本需要到達細胞樣本,固體傳感器要么會很難分發(fā)藥物,要么會阻止它完全到達樣本。因此納米傳感器的多孔性質是有意的,是整個想法背后的驅動力。”“無論是用于藥物研究、心臟監(jiān)測還是為了減少動物試驗,我都迫不及待地想要看到這種設備被生產(chǎn)出來并投入使用。當我看到那些金線的特寫圖像時,我仍然有一種強烈的感覺!


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