工程师们首次展示了一种可以密切监视跳动的心脏细胞而不影响其行为的电子设备。东京大学、东京女子医科大学和日本理化学研究所（RIKEN）通过合作研发了将柔软纳米网状物的传感器直接与组织接触的心脏细胞功能样品。该设备可以帮助研究其他细胞、器官和药物。它还为将来的嵌入式医疗设备铺平了道路。
我们每个人的心腔中都跳动着维持生命的心脏。不幸的是，器官并不总是完美的，有时会出现问题。无论如何，对心脏的研究对我们所有人都至关重要。因此，当东京大学Takao Someya教授研究小组中的研究员Sunghoon Lee提出了一种可以监控功能细胞的超柔软电子传感器的想法时，他的团队就抓住了这次机会来探索用这种传感器研究心脏细胞或心肌细胞的跳动。
“当研究人员研究运动中的心肌细胞时，他们将它们在坚硬的培养皿上培养并连接刚性传感器探头。这些阻碍了细胞随着样本跳动而自然运动的趋势，因此观察不能很好地反映现实。”Lee说，“我们的纳米网状物传感器使研究人员能够以更加自然的方式来研究心肌细胞和其他细胞培养物。关键是将传感器与柔性基板或基座配合使用，以使细胞生长。”
传感器探针由100纳米厚的金层形成，因为它具有弹性并且不会干扰细胞化学。（来源：Someya Group）
对于这项研究，东京女子医科大学的合作者提供了一种人类干细胞来源的心肌细胞。培养基是一种非常柔软的物质，称为纤维蛋白凝胶。Lee通过一个复杂的过程将纳米网状物传感器放置在细胞培养物的顶部，该过程包括在适当的时候去除和添加液体培养基。这对于正确定位纳米网状物传感器非常重要。
“细的网状物传感器很难完美放置，这首先反映出制造它所必需的精巧手艺。”Lee说，“整个网状物传感器下面的聚氨酯线比人的头发细10倍。经过大量练习，我的耐心达到了极限，但最终我制作出一些可行的原型。”
要制造传感器，首先需要通过静电纺丝将超细聚氨酯原丝挤压成平板，类似于某些3D打印机的工作方式。然后，将这种蜘蛛网状的片材涂上聚对二甲苯（一种塑料）以增强强度。借助模板来进行干法蚀刻，从而去除网状物中某些部分的聚对二甲苯。然后将金层涂覆在这些区域上，以制成传感器探头和通讯线。额外的聚对二甲苯可隔离探针，这样它们的信号不会互相干扰。
由于有三个探头，传感器可以读取三个位置处的电压。这一幕对于熟悉医院的人来说应该很常见，因为它本质上就是心电图。由于有多个探针，研究人员可以看到信号传播，这些信号传播是由细胞跳动引起的。这些信号被称为场电位，在评估药物对心脏的影响时非常重要。
药物样品需要到达细胞样品，而固体传感器将不能很好地分配药物或完全阻止药物到达样品。因此，纳米网状物传感器的多孔性质是整个研究的推动力。”Lee说，“无论是用于药物研究、心脏监护仪，还是用于减少动物试验，我都迫不及待地想看到这种设备在现场的生产和使用。”
来源：荣格器械资讯