SEM-bild (scanning electron microscope) av en upphängd nanotråd. Kredit:Jun Yao
Med hjälp av en upphängd nanotråd har ett forskarlag från University of Massachusetts för första gången skapat en liten sensor som samtidigt kan mäta elektriska och mekaniska cellulära svar i hjärtvävnad, vilket är lovande för hjärtsjukdomsstudier, drogtester och regenerativ medicin.
Elektro- och datateknik (ECE) Ph.D. student Hongyan Gao, första författare till artikeln publicerad online av tidskriften Science Advances , beskriver uppfinningen som "ett nytt verktyg för förbättrade hjärtstudier som har potential för ledande tillämpningar i experiment med hjärtsjukdomar."
Eftersom cellen är ett grundläggande funktionellt element i biologin är dess mekaniska och elektriska beteenden två nyckelegenskaper som indikerar celltillstånd och är följaktligen viktiga för hälsoövervakning, sjukdomsdiagnostik och vävnadsreparation.
"En omfattande bedömning av cellulär status kräver kunskap om både mekaniska och elektriska egenskaper på samma gång", säger forskargruppsledare Jun Yao, ECE biträdande professor och en biomedicinsk ingenjörsassistent. Dessa två egenskaper mäts vanligtvis av olika sensorer, och graden till vilken cellens funktion störs ökar med antalet sensorer som används.
Sensorn är konstruerad av en 3D-upphängd halvledande nanotråd av kisel. Med sin storlek mycket mindre än en enskild cell kan nanotråden fästa tätt på cellmembranet och "lyssna på" cellulära aktiviteter mycket noga. Den har också unika egenskaper för att omvandla "hörda" bioelektriska och biomekaniska aktiviteter till elektriska avkänningssignaler för detektion.
Schematisk över sensorstrukturen och cell-sensorgränssnitt. Kredit:Jun Yao
"Förutom att utveckla integrerade biochips är vårt nästa steg att integrera nanosensorerna på fristående ställningar för att innervera in vitro-vävnad för djupvävnadsstudier", säger Yao. "I det långa loppet hoppas vi att nanosensorerna säkert kan levereras till levande hjärtsystem för förbättrad hälsoövervakning och tidig diagnos av sjukdomar."
Konceptet att slå samman flera avkänningsfunktioner i en enhet kommer också att bredda kapaciteten för allmän biogränssnittsteknik, säger Yao. + Utforska vidare
