由Phys的Ingrid Fadelli创作
（同organic）有机 10场效应晶体管阵列的假彩色扫描显微镜图像
红色:硅酮弹性体；绿色:PI；浅蓝色:SU8黄色:金色；灰色:硅
信用:顾等
动物细胞可以利用元素或离子产生电脉冲
这些脉冲随后通过蜂窝网络从一个小区传送到另一个小区
精确记录细胞交换的电信号的能力可以帮助研究和改善许多健康相关领域的实践，包括心脏病学和神经学
然而，大多数现有技术在传感精度和可扩展性方面都受到限制
加州大学圣地亚哥分校的研究人员最近开发了一种高度灵敏的传感设备，可以用来更精确地记录细胞的电信号
发表在《自然纳米技术》上的一篇论文中介绍了这种装置，它由多个传感器组成，可以共同测量不同细胞或单个细胞内部交换的电信号的传播
最近的研究是由Dr
岳谷在教授工作期间
加州大学圣地亚哥分校的徐升实验室
博士；医生
顾，现为耶鲁大学博士后
“我们三维结构的建立，也称为‘弹出式’架构，是基于一种独特的方法，即我在2015年博士后研究期间开发的压缩屈曲技术，”教授说
最近这篇论文的作者之一徐告诉《物理》杂志
（同organic）有机
“压缩屈曲技术利用传统和通用的洁净室微制造技术来生成复杂的三维结构
" 教授使用的三维“弹出”结构
徐和他的同事可以使用与微制造技术兼容的各种材料建造
它们所用的材料可以反过来决定它们的功能，这些功能可以是电磁波衰减、机械振动、压力和应变感测或电信号感测
128场效应晶体管阵列的照片
信用:顾等
在他们的研究中，研究人员着手构建这些三维结构，以便它们可以用来精确记录细胞产生和交换的电信号
他们的关键目标是有效地利用压缩屈曲技术的多功能性，构建一种能够收集准确的细胞内和细胞间记录的装置
“在这种弹出式架构中嵌入半导体材料和工程晶体管扩展了该技术的应用，”教授说
徐解释道
“我们将这种结构应用于细胞，特别是心肌细胞的决心是由以下讨论引发的
早在2015年，我和顾就曾与心脏病专家和神经科专家讨论过，他们抱怨使用现有工具记录细胞内信号的困难，比如膜片钳，膜片钳是记录细胞电信号的金标准
" 当他们了解到医学研究人员在试图收集细胞电信号的精确记录时所面临的挑战后，Dr
徐与博士
顾开始试验可以简化他们工作的独特工程方法
最终，这导致了他们最近论文中介绍的新传感器阵列的发展
“我们研究的另一个目标是在三维工程心脏组织中实现细胞内传感器，”教授说
徐说
“众所周知，当细胞在活的动物体内、与活的动物分离并在培养皿中培养时，它们的电生理特性会发生变化
记录体内信号始终是最重要也是最具挑战性的一步
" 教授
徐和他的同事第一个收集了工程心脏组织内细胞的精确细胞内记录
因此，他们的研究可能是收集可靠的体内细胞记录的第一步
“偏置单个晶体管的栅极端的细胞膜电势导致从晶体管的漏极端到源极端的电流变化，”教授说
徐解释道
因此，电流波动反映了瞬时膜电位
我们开发的阵列中的多个晶体管可以同时记录来自一个单元或不同单元的不同位置的信号
" 示意图显示了由128-FET晶体管阵列进行的细胞内感应，并记录了细胞间的信号传播
信用:顾等
为了监测细胞内部和细胞之间的信号传播行为，研究人员的设备对许多晶体管采集的信号进行排序
与以前提出的收集细胞记录的其他方法相比，新设备能够同时监测多个细胞
此外，它的晶体管可以保持完整的全振幅细胞膜电位，而不会受到与它进入细胞的过程相关的衰减或阻抗的影响
“通过磷脂双层材料功能化的晶体管表面也可以将无机晶体管伪装成细胞，这极大地促进了它们插入细胞体，”教授说
徐解释道
“在这种情况下，内化被描述为自发的融合过程，对细胞的侵袭性很小甚至没有
" 教授研制的传感装置
徐和他的同事还可以监测心肌细胞内部的电信号传导速度
这种测量对心脏病专家的工作至关重要，因为将其与相邻细胞之间的传导速度进行比较有助于检测和理解某些心脏疾病，包括心脏纤维化
“作为我们研究的一部分，我们将晶体管阵列部署到3D心脏组织中，并首次记录了单细胞的细胞内电信号，”徐说
“在这个过程中，我们还记录了电信号的传导，并计算了它们的速度
" 到目前为止，研究人员已经在心脏组织上初步测试了他们基于晶体管的传感设备，获得了非常有希望的结果
他们的初步发现表明，它最终可以用于收集细胞产生和交换的电信号的精确记录，无论是在实验室环境中还是在活的动物或人类患者的大脑或心脏中
“我们现在正在追求几个新的目标，”徐补充说
“首先是使用我们的晶体管对完整的心脏或大脑进行体内测试
第二个是记录不同神经元位置的神经元细胞内活动
最后，由于一些内分泌细胞也产生电，这意味着它们的电活动与其他生理事件有关，因此它们也很受关注
"
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