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工程师们发明了精密的传感器来监控心脏细胞,并将其破坏到最小程度。
来源:赛思维传感器网 发表于 2019/1/1

工程师们首次展示了一种电子设备,可以在不影响心脏细胞行为的情况下密切监测跳动的心脏细胞。东京大学、东京妇女医科大学和日本的RIKEN合作,生产了一种心脏细胞的功能样本,其中含有一个与组织直接接触的软纳米传感器。这个装置可以帮助研究其他细胞、器官和药物。它也为未来的嵌入式医疗设备铺平了道路。

我们每个人的内心都跳动着一颗维持生命的心。不幸的是,这个器官并不总是完美的,有时会出错。无论如何,对心脏的研究对我们所有人来说都是至关重要的。因此,当东京大学Takao Someya教授的研究小组的研究员SunghonLee提出了一个能监测正常细胞的超声波电子传感器的想法时,他的团队抓住了这个机会,利用这个传感器来研究心脏细胞,也就是心肌细胞,就在它们跳动的时候。

李说:“当研究人员研究心肌细胞的动作时,他们会把它们培养在硬培养皿上,并附加刚性传感器探针。这些都会阻碍细胞在样本跳动时移动的自然倾向,因此观察并不能很好地反映现实情况。”“我们的纳米传感器让研究人员可以更忠实地研究心肌细胞和其他细胞培养物的性质。关键是将这种传感器与一种灵活的基质或基质结合起来,使细胞得以生长。”

在这项研究中,东京女子医科大学的合作者提供了一种来自人类干细胞的心肌细胞的健康培养。培养的基础是一种叫做纤维蛋白凝胶的非常柔软的材料。Lee将纳米传感器放置在细胞培养的顶部,这是一个复杂的过程,需要在适当的时间去除和添加液体培养基。这对于正确定位纳米传感器是很重要的。

“精细的网格传感器很难完美地放置。这反映了最初制作它所需的微妙触觉,”Lee继续说。“构成整个网状传感器基础的聚氨酯链比人类头发薄10倍。经过大量的练习,我的耐心被推到了极限,但最终我制作了一些工作原型。”

为了制造这种感应器,首先,一种叫做静电纺丝的方法将超细聚氨酯线挤成一张平板,类似于一些普通的3D打印机的工作方式。这种蜘蛛网状的薄片,然后涂上一种塑料的对二甲苯,以加强它。在网格的某些部分上的对二甲苯是通过一个模版的干法蚀刻工艺去除的。然后将黄金应用于这些区域,以制造传感器探针和通讯线路。另外的二甲苯分离探针,这样它们的信号就不会互相干扰。

用三个探针,传感器读取三个位置的电压。对于任何看过医院戏剧的人来说,这种读数似乎都很熟悉,因为它本质上是一种心电图。由于有了多个探针,研究人员可以看到信号的传播,这些信号是由细胞产生并触发其跳动的。这些信号被认为是一种动作或场电位,在评估药物对心脏的影响时是极其重要的。

李说:“药物样本需要到达细胞样本,固体传感器要么会很难分发药物,要么会阻止它完全到达样本。因此纳米传感器的多孔性质是有意的,是整个想法背后的驱动力。”“无论是用于药物研究、心脏监测还是为了减少动物试验,我都迫不及待地想要看到这种设备被生产出来并投入使用。当我看到那些金线的特写图像时,我仍然有一种强烈的感觉。”


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