宾夕法尼亚州立大学的玛丽亚·丘普林斯基 宾夕法尼亚州立大学生物医学工程助理教授Sri-Rajasekhar“Raj”Kothapalli拿着一个透明的、生物相容的超声波传感器芯片，当接通电源时，可以刺激细胞
新的超声波装置对未来的癌症和干细胞研究有意义
鸣谢:凯尔比·霍克雷瑟/宾夕法尼亚州立大学 超声波扫描以监测怀孕或器官成像而闻名，也可用于刺激细胞和指导细胞功能
宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员开发了一种更简单、更有效的方法来利用这项技术进行生物医学应用
该团队创造了一种透明的、生物相容的超声换能器芯片，它类似于显微镜载玻片，可以插入任何光学显微镜中以便于观察
细胞可以直接在换能器芯片的顶部培养和刺激，细胞产生的变化可以用光学显微镜技术成像
这篇论文发表在英国皇家化学学会杂志《芯片实验室》上，并被选为2021年12月刊的封面文章
这项技术的未来应用可能会影响干细胞、癌症和神经科学研究
宾夕法尼亚州立大学生物医学工程首席研究员兼助理教授Sri-Rajasekhar“Raj”Kothapalli说:“在传统的超声波刺激实验中，细胞培养皿被放在水浴中，一个庞大的超声波换能器通过水介质将超声波导向细胞。”
“这是一个复杂的设置，无法提供可重复的结果:即使使用相同的参数，一个小组看到的结果，另一个小组没有看到，因为有几个因素可能会影响细胞在水中的存活和刺激，以及我们如何可视化它们
" Kothapalli和他的合作者通过创建一个由压电铌酸锂材料制成的透明换能器平台，使超声波刺激装置小型化
当施加电压时，压电材料产生机械能
芯片的生物相容性表面允许细胞直接在传感器上培养，并用于几周内的重复刺激实验
当连接到电源时，换能器发射超声波，超声波脉冲细胞并触发离子流入和流出
为了测试这种设置，Kothapalli和他的团队在芯片上培养了膀胱癌细胞
然后，他们将荧光钙指示剂插入细胞，使研究人员能够在显微镜下清楚地看到刺激过程中细胞钙信号的动态变化
“由于细胞直接位于透明的换能器表面，我们可以确认所有的细胞在同一时间使用单一的超声波刺激，而不是传统的方法，”宾夕法尼亚州立癌症研究所的共同雇员Kothapalli说
“与早期的方法不同，我们可以在一个视野中同时获得许多细胞的高分辨率图像，因为我们能够近距离观察细胞
" 通过膀胱癌细胞研究，研究人员为新的传感器设置建立了概念证明
根据Kothapalli的说法，他们可以将这些发现扩展到未来潜在的应用中，如干细胞分化，机械敏感神经调节，药物输送和血脑屏障的开放
宾夕法尼亚州立大学生物医学工程、机械工程和外科教授、该论文的合著者Pak Kin Wong说:“这种简单的设置对于有兴趣用超声波调节细胞和组织的研究人员来说将是无价的。”
“它可以用于探索新的治疗超声应用，如聚焦超声免疫疗法
" 该论文的第一作者、Kothapalli生物医学工程专业的博士生陈浩洋(音译)表示，这种超声波刺激芯片成本低、易于制造、体积小、可扩展、一次性且可重复使用
“使用标准的细胞培养方法很容易在芯片上培养细胞，”陈说
该装置为各种实验提供可控的刺激参数，并且可以用所有常规的光学显微镜技术成像
" 除了Kothapalli、Wong和Chen，这项研究的其他贡献者还有Peter Butler，他是宾夕法尼亚州立大学生物医学工程教授兼教育和研究生专业计划副院长；生物医学工程研究生、朱、穆罕默德·奥斯曼、舒巴姆·坎达尔；生物医学工程专业本科生Ryan Biskowitz和Jinyun Liu
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