【儀表網 儀表產業】導讀：心臟病在過去20年里一直是“頭號殺手”，死于心臟病的人數占全部死亡人數的16%。近日，加州大學圣地亞哥分校的研究者們研發了一個柔性電子傳感器陣列，可監測電信號在心肌細胞內以及細胞間的傳導，有望實現細胞內信號檢測，研究細胞內不同細胞器之間的信號傳導，或可用于測試新藥物如何影響心臟細胞和組織。
 

　　這種微小的“彈出式”傳感器會在不損害細胞的情況下進入細胞，并直接測量單個心臟細胞內電信號的傳導和速度，還可以獲得心臟內高分辨率的圖片。
 

　　同一個設備在單位面積的心肌組織上可以布置多個傳感器，在有限的空間內獲得更詳細的信息。傳感器提供的這些信息，可以幫助臨床醫生更好地診斷?！?br/> 

　　這個傳感器是由一個三維陣列的微型場效應晶體管(或稱FET)組成，形狀像一個尖頭。這些微小的場效應晶體管可以穿透但不損壞細胞膜，并且非常靈敏，能夠直接在細胞內檢測到非常微弱的電信號。
 

　　在一個設備上設計多個相互獨立的傳感器，當設備去測試細胞信號的時候，如果這些傳感器各自測試不同的細胞，研究的電信號就是在這些細胞之間的傳遞。另一種情況是，如果兩個相鄰的傳感器在同一個細胞的不同位置監測，得到的就是細胞內部信號的傳導。
 

　　目前，電信號在單細胞內傳導的詳細信息還是未知的。這就是這個裝置的獨特之處，它可以讓兩個傳感器以最小的侵入方式穿透同一個細胞的細胞膜，讓我們看到信號在同一個細胞內的傳導方向，以及它的傳導速度如何。
 

　　為了構建這個設備，該團隊首先將場效應晶體管制作成二維片狀，然后將這個二維的器件轉移到一個預先拉伸開的硅膠彈性體基底上。當預拉伸的力被釋放后，原本的二維結構就受到一個擠壓力，在這個擠壓力的作用下，這個二維結構會變形成三維的結構。這種傳感器就像一本立體書，它開始是二維結構，在壓力下某些部分彈出，從而形成三維結構。
 

　　科研團隊在體外培養的心肌細胞和心臟組織上都測試了這種傳感器。實驗會將細胞培養物或組織放在該裝置上，然后監測場效應晶體管傳感器接收到的電信號。通過觀察哪些傳感器先檢測到信號，以及其他傳感器檢測到信號所需的時間，研究小組就可以確定信號的傳輸方式和速度，還能測量相鄰細胞的信號。
 

　　傳統用于監測細胞電信號的膜片鉗技術，仍是最廣泛應用的細胞內電生理信號技術，但設備的操作難度非常大，侵入式的測量方式也很容易殺死待測的細胞。利用這種表面修飾磷脂雙分子層的傳感器，可以盡可能減少對待測細胞的侵害，從而實現將兩個傳感器放到同一個細胞內的測試。
 

　　該設備的一個最基本的應用方向就是在未來能一定范圍內取代傳統的膜片鉗技術，用于細胞內電生理信號的監測。膜片鉗技術除了對操作者技術和經驗的極高要求，導致其無法更大范圍地推廣外，也很難應用于同時記錄多個細胞的信號，所以很少用于研究電信號的傳導性能，然而此項研究所介紹的工具在這兩方面都具有優勢。
 

　　接下來，該團隊將會開展神經元內部電信號活動的研究。研究人員計劃用這種設備記錄活體真實生物組織的電活動。徐升設想了一種可植入于跳動的心臟表面或大腦皮層表面的設備，但目前的設備距離這個設想要達到的階段還很遠。
 

　　為了達到這個目標，研究人員還需要針對FET傳感器布局的調整、FET陣列的尺寸和材料的優化，以及在人工智能輔助的信號處理算法的設備整合等方面進行深入研究。
 

　　這項研究中介紹的設備制備工藝比較新穎，而新的工藝還需要制定相應的復合工業生產標準。另一方面是，這項制備技術是可以定制的。針對不同種類的細胞或者研究內容，可以設計不同結構的設備。若要走上產業化道路，如何制定一套設計標準和指南也是需要解決的問題。