Нанотранзисторный сенсор для одновременного измерения электрической и механической активности клеток сердца
Исследователи из Массачусетского университета впервые создали крошечный сенсор, способный одновременно измерять электрические и механические реакции клеток в сердечной ткани. Устройство использует подвешенную нанопроволоку и перспективно для изучения сердечных заболеваний, тестирования лекарств и регенеративной медицины.
Ведущий автор статьи в Science Advances, аспирант Хунъянь Гао, описывает изобретение как «новый инструмент для улучшенных кардиологических исследований, который имеет потенциал для передовых применений в экспериментах с сердечными заболеваниями».
Поскольку клетка является базовым функциональным элементом в биологии, её механическое и электрическое поведение — два ключевых свойства, указывающих на состояние клетки и, следовательно, важных для мониторинга здоровья, диагностики заболеваний и восстановления тканей.
«Всесторонняя оценка состояния клетки требует знания как механических, так и электрических свойств одновременно», — говорит руководитель исследования, доцент Джун Яо. Обычно эти два свойства измеряются разными сенсорами, и степень нарушения функции клетки возрастает с увеличением количества используемых датчиков.
Сенсор изготовлен из трёхмерной подвешенной полупроводниковой кремниевой нанопроволоки. Её размер намного меньше отдельной клетки, что позволяет нанопроволоке плотно прикрепляться к клеточной мембране и очень точно «слушать» клеточную активность. Она также обладает уникальными свойствами для преобразования «услышанной» биоэлектрической и биомеханической активности в электрические сигналы для детектирования.
«Помимо разработки интегрированных биочипов, наш следующий шаг — интеграция наносенсоров на свободностоящие каркасы для иннервации in vitro тканей с целью глубокого изучения тканей», — говорит Яо. «В долгосрочной перспективе мы надеемся, что наносенсоры смогут безопасно доставляться в живые сердечные системы для улучшенного мониторинга здоровья и ранней диагностики заболеваний».
Концепция объединения нескольких сенсорных функций в одном устройстве также расширит возможности общей биоинтерфейсной инженерии, отмечает Яо.