電生理學測量從二維拓展到三維
“芯片器官”平臺可高精度采集心臟電信號

2019-08-27 14:31:28 來源: 科技日報-中國科技網 作者: 馮衛東

科技日報紐約8月26日電   記者馮衛東

美國卡內基梅隆大學和新加坡南洋理工大學的研究人員開發出一種稱為“電子芯片上的器官”的平臺,該平臺可利用生物電傳感器對心臟細胞的電生理學進行三維測量。相關研究成果發表在最近的《科學進展》雜志上。

研究人員將一系列由金屬電極或石墨烯傳感器制成的傳感器陣列固定在芯片表面,然后蝕刻出一個鍺金屬底層。移除這個底層后,生物傳感器陣列就可釋放并以桶形結構從表面卷起。

研究團隊在心臟球體(由心臟細胞制成的細長器官)上測試了該平臺,這些三維心臟球體的寬度約為2—3根人類頭發。通過將平臺盤繞在球體上,可高精度地收集電信號讀數。他們通過對卷起過程的力學分析精確地控制傳感器的形狀,以確保傳感器與心臟組織之間的接觸。該技術還可自動調節傳感器和組織之間微妙“接觸”的水平,以避免因外部壓力而改變組織的生理條件,從而測量出高質量的電信號。

多年來,電生理學測量只能在二維組織培養皿中培養的細胞上完成。但現在,這些驚人的電生理學技術可以應用于三維結構。研究人員表示,其創建的三維自卷生物傳感器陣列可探索源自心肌細胞的誘導多能干細胞的電生理學,研究心臟組織再生和成熟,可用于治療心臟病發作后的受損組織或開發治療疾病的新藥。

研究人員表示,“電子芯片上的器官”技術還有助于開發和評估用于疾病治療的藥物功效,甚至可直接在人類組織上篩選藥物和毒素,而不是在動物組織上進行測試。

總編輯圈點

生命現象大多都伴有生物電的變化,電生理學也是隨著電子儀器和電生理技術的進步發展而來。其實,就連小小的細胞,也有電活動。觀察細胞活動時的電變化,可以在微觀層面了解正常狀態下生物電變化的機制,也可以探索疾病時異常狀態下的生物電現象。文中所說的三維自卷生物傳感器陣列,身段靈活柔軟,還能自行調節自己和組織之間的接觸水平,從而實現高精度的電信號信息收集。而電生理學測量技術的進步,也為新的藥物研發平臺的誕生提供了可能性。

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責任編輯: 房琳琳
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