作者:洛桑联邦理工学院朱莉·哈夫纳 最终产品:玻璃晶片上的九个纳米火山阵列微芯片
学分:A
赫尔佐格/EPFL EPFL大学和伯恩大学的研究人员开发了一种研究心肌细胞电信号的开创性方法
这项技术在基础和应用研究中有许多潜在的应用——例如改进对心律失常潜在机制的研究
细胞是人体中最小的生命单位
神经元和心肌细胞等可兴奋细胞——心肌细胞——使用电信号，即所谓的动作电位，来相互交流
科学家使用置于细胞膜内外的电极研究这些隐藏在正常大脑和心脏功能下的信号，这种方法被称为细胞外和细胞内记录
由菲利普·雷诺领导的EPFL微系统实验室4和由斯蒂芬·勒尔领导的伯尔尼大学细胞光学第二实验室的研究人员合作开发了一种新的微电极，这种微电极可以在没有帮助的情况下穿透细胞膜，当放置在阵列中时，可以让科学家跟踪电活动在组织中的传播
研究人员的发现已经发表在《纳米快报》上
尖端技术 虽然细胞电活动的记录系统在过去几年里有了显著的发展，但它们仍然有局限性
使用置于膜外的电极的非侵入性细胞外多电极阵列报告仅与动作电位间接相关的信号
例如，他们很少告诉科学家动作电位的实际形状——细胞膜电位的瞬时上升——这导致心脏跳动
自从七十年前伯尔尼大学生理学系的西尔维奥·魏德曼首次测量细胞动作电位以来，科学家们一直通过微电极获得细胞内通路来测量这些信号
这些电极可以插入细胞中，也可以放在细胞膜上，然后在电极口下打开细胞膜
这可以通过机械或电穿孔来完成——向电极施加高压脉冲
例如，后一种技术最近被用于通过微观蘑菇形状的纳米结构电极获得细胞内通路
然而，这种方法并不理想，因为细胞膜和纳米结构之间的界面是不稳定的，只留下一个短暂的窗口——通常最多几秒或几分钟——供科学家记录细胞的动作电位
微芯片上安装有细胞培养环的纳米火山阵列
学分:A
赫尔佐格/EPFL 灵感来自大自然 EPFL和伯恩大学的团队利用现有技术的最佳特性，想出了一个巧妙的火山形状的设计来解决这个问题
“通过改造几何形状和材料，我们开发了一种无需辅助就能穿透细胞膜的电极，从而消除了电穿孔的需要，”LMIS4的博士助理、该出版物的主要作者Benot Desbiolles说
“我们还借鉴了实验室以前的研究，研究表明模仿细胞膜可以稳定细胞-电极界面
" 这种新型电极被称为纳米火山，由三部分组成
首先是陨石坑的边缘
它由一个金环组成，金环的大小与细胞膜相同，并衬有相同的生物分子
在弹坑里面有一个铂电极，用来接收电信号
外面被中空玻璃包围着
“一旦你把一个细胞放在这个结构上，它就开始下沉，锋利的边缘会刺穿细胞膜，电极会穿透细胞，”德斯比奥莱解释说
“膜不是转化，而是固定在金环上，为记录细胞的电活动创造了理想的条件
" 有前途的应用 使用纳米火山阵列，科学家可以同时测量细胞培养物中多个位置的动作电位，为心肌细胞在空间中如何相互作用提供了丰富的见解
“对像我这样的电生理学家来说，这项技术是梦想成真，”斯蒂芬·勒尔说，他是该出版物的合著者
“除了测量单个细胞的动作电位，我们现在还可以研究传播的动作电位如何根据组织结构和病理条件改变其形状
这些知识对于深入理解导致潜在致命心律失常的机制至关重要
" 纳米火山的潜在应用远远超过心脏电生理学
“除了其突破性的设计，我们的电极也非常容易制造，”Desbiolles解释说
目前正在进行测试，看看它是否同样适用于神经元和其他可兴奋的细胞类型
据这位年轻的研究人员称，这一设计也为其他科学学科带来了希望:“纳米火山为细胞打开了一扇门
你可以想象在里面进行电化学
“这项技术也可能吸引制药行业，让科学家测试细胞对药物的反应，并从长远来看，开发靶向治疗
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