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监测生物系统中的电信号大略匡助科学家深切了解细胞之间的换取机制，这关于会诊和调养心律失常、阿尔茨海默症等疾病具有进攻意旨。

然则，当今用于纪录细胞培养或液体环境中电信号的成就频繁依赖导线将每个电极勾搭到相应的放大器。导线数目的末端不仅减少了纪录点的数目，也显赫镌汰了从细胞中取得信息的才智。

对此， MIT 的究诘东谈主员开垦出了一种无需导线的生物传感技能。他们联想了一种小型无线天线，通过光学规律检测微小的电信号。周围液体环境中轻飘的电变化会影响天线散射光的方式。究诘团队运用由小型天线组成的阵列（每个天线的宽度仅为东谈主类头发直径的百分之一），以极高的空间辞别率捕捉细胞间的电信号。

这些成就宽裕坚固，大略一语气纪录越过 10 小时的信号。该技能为究诘细胞何如粗放环境变化提供了全新的用具。从永久来看，这些科学发现存望鼓吹疾病会诊技能的跳动，助力靶向调养的研发，并普及新疗法的精确评估才智。

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“以高通量和高辞别率纪录细胞的电活动仍然是一项纷乱的挑战，需要咱们探索革命的规律和替代决议。”MIT 媒体实验室的前博士后、究诘论文第一作家 Benoît Desbiolles 说谈。

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该究诘团队成员还包括媒体实验室的探望学生 Jad Hanna，前探望学生 Raphael Ausilio，前博士后 Marta J. I. Airaghi Leccardi，以及来自 Raith America， Inc. 的科学家 Yang Yu。资深作家是 MIT 媒体实验室和神经生物工程中心的 AT&T 管事发展助理训诲，同期亦然 Nano-Cybernetic Biotrek 实验室崇敬东谈主Deblina Sarkar。究诘效果已于近期发表在 Science Advances 期刊上。

“生物电活动是细胞功能和人命历程的中枢。然则，精确纪录这些信号一直是一个挑战。”Sarkar 暗示，“咱们开垦的有机散射天线（OCEANs）大略以微米级辞别率无线纪录数千个点的电信号。这项技能为咱们相识基础生物学以及疾病现象下的特殊信号传递提供了前所未有的契机，同期也为评估不同调养决议和开垦新疗法奠定了基础。”

运用光进行生物传感

究诘东谈主员联想了一种无需导线或放大器的生物传感成就jjj43天天影视，这种成就对不熟习电子仪器的生物学家更为友好。

“咱们思知谈，是否不错联想一种成就将电信号漂浮为光信号，并运用每个生物实验室常用的光学显微镜来探伤这些信号？”Benoît Desbiolles 暗示。

最先，团队尝试使用一种特殊的团聚物 PEDOT:PSS，联想出纳米级传感器，并在其中加入金纳米颗粒，生机这些颗粒大略通过团聚物的引发和调制来散射光。然则，实验末端与表面揣摸并不一致。

在去除了金颗粒后，究诘东谈主员偶而发践诺验末端与表面模子愈加吻合。

“咱们发现，信号的开始并不是金颗粒，而是团聚物自己。这一偶而的发现稀疏奋斗东谈主心，也为咱们开垦 OCEANs 奠定了基础。”Desbiolles 说。

OCEANs 由 PEDOT:PSS 制成。隔邻的电活动会使团聚物诱惑或放置周围液体环境中的正离子，从而窜改其化学构型和电子结构。这种变化会影响团聚物的折射率，进而窜改散射光的方式。

当究诘东谈主员向天线映照明后时，光的强度会随周围液体中电信号的强弱而发生变化，从良友毕电信号的光学探伤。

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OCEANs 由千千万万甚而数百万个小型天线组成的阵列组成，每个天线仅约 1 微米宽。究诘东谈主员运用光学显微镜径直捕捉散射光，以高辞别率纪录细胞的电信号。由于每个天线都是恬逸的传感器，无需整合多个天线的数据，OCEANs 不错已毕微米级辞别率的信号检测。

这种阵列专为体外究诘联想，细胞不错径直在阵列名义培养，并在光学显微镜下进行分析。

在芯片上“滋长”天线

这些成就的中枢上风在于究诘东谈主员在 MIT.nano 体式中对天线阵列的精确制造才智。

最初，究诘东谈主员以玻璃算作基底，纪律千里积导电层和绝缘层，每一层都具有光学透明性。随后，他们使用聚焦离子束在成就顶层蚀刻出数百个纳米级的小孔。这项技能已毕了高通量的纳米制造，究诘东谈主员形容它“就像一支大略以 10 纳米辞别率绘制的笔。”

接着，他们将芯片浸泡在含有团聚物前体材料的溶液中，通过施加电流，使前体材料被诱惑到微孔内，从底部冉冉“滋长”出蘑菇状的天线。这一制造历程高效快捷，大略坐褥出包含数百万个天线的芯片。

“这种技能具备统共的可膨胀性，当今的瓶颈在于咱们能同期成像的天线数目，”究诘东谈主员指出。

通过优化天线的尺寸和参数，究诘东谈主员普及了其机灵度，使其大略检测低至 2.5 毫伏的信号，而神经元通讯时的信号频繁约为 100 毫伏。“恰是因为咱们对表面模子进行了深切究诘和相识，才能最大化天线的性能。”究诘东谈主员补充谈。

OCEANs 还大略在毫秒级时间内响应信号变化，符合纪录快速动态的电信号。接下来，究诘东谈主员贪图在骨子的细胞培养环境中测试这些成就，同期探索从头联想天线的几何结构，使其不错穿透细胞膜，以已毕更精确的信号检测。

此外，他们但愿将 OCEANs 集成到纳米光子学成就中，通过在纳米法度上操控光，为下一代传感器和光学成就铺平谈路。

这项究诘得到了好意思国国立卫生究诘院和瑞士国度科学基金会的资助，部单干作由好意思国国立卫生究诘院下属的国度心肺血液究诘所因循。不外，究诘内容并不一定响应好意思国国立卫生究诘院的官方不雅点。

原文王人集：

https://news.mit.edu/2024/tiny-wireless-antennas-use-light-monitor-cellular-communication-1220jjj43天天影视

发布于：北京市