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纳米线让研究人员记录来自神经元内部的信号

导读机器与我们的细胞融为一体。可嵌入的传感器记录神经元如何以及何时触发。电极激发心脏细胞跳动或脑细胞激发。类似神经元的装置甚至可以鼓励

机器与我们的细胞融为一体。可嵌入的传感器记录神经元如何以及何时触发。电极激发心脏细胞跳动或脑细胞激发。类似神经元的装置甚至可以鼓励大脑植入后更快的再生长。

很快,所谓的脑机接口可以做更多的事情:监视和治疗帕金森氏病等神经系统疾病的症状,提供设计人工智能的蓝图,甚至实现脑对脑的交流。

为了达到可及性,设备需要一种从字面上更深入地深入我们的细胞进行侦察的方法。我们对神经元的工作方式了解得越多,我们就可以利用我们的机器来模拟,复制和治疗它们的次数越多。

现在,在《自然纳米技术》上发表的一篇论文中,约书亚和贝斯·弗里德曼大学教授Charles M. Lieber展示了其用于细胞内记录的原始纳米级设备的更新,这是首个用于记录活细胞内部电颤动的纳米技术。九年后,Lieber和他的团队设计了一种可以一次制造成千上万种此类设备的方法,从而创建了一支纳米级的,可以加快发现我们细胞内部正在发生的事情的速度。

在Lieber工作之前,类似的设备面临着Goldilocks的难题:太大,它们会记录内部信号但杀死细胞。太小了,它们无法穿过细胞膜-录音最终变得嘈杂和不精确。

利伯的新纳米线是正确的。原件设计并于2010年发布,其原件具有纳米级的“ V”形尖端,在“ V”的底部具有晶体管。这种设计可以刺穿细胞膜,并将准确的数据发送回团队,而不会破坏细胞。

但有一个问题。硅纳米线的长度远大于宽度,从而使它们抖动且难以缠结。“它们像煮熟的面条一样灵活,” Lieber实验室的研究生,该团队最新工作的作者之一庄安琪说。

要创建原始设备,实验室成员必须一次抓住一根纳米线面条,找到“ V”的每个臂,然后将电线编织到记录设备中。几台设备制作了2至3周。庄说:“这是非常乏味的工作。”

但是纳米线不是一次制造的。他们像他们看起来的东西一样被大量制成:煮熟的面。团队使用Lieber用来创建第一条纳米线的纳米簇催化的气液固方法,建立了一个环境,线可以自行发芽。他们可以预先确定每根电线的直径和长度,但不能预先确定电线的位置。即使它们一次增长成千上万个甚至几百万个纳米线,最终的结果也是一团看不见的面条。

为了解开混乱局面,Lieber和他的团队设计了一个陷阱来存放松散的煮熟的面条:他们在硅片上制成U形沟槽,然后将纳米线梳理整个表面。这种“梳理”过程使这些乱七八糟的东西纠结并将每条纳米线沉积到一个整齐的U形孔中。然后,每个“ U”形曲线都会得到一个微型晶体管,类似于其“ V”形器件的底部。

通过“梳理”方法,Lieber和他的团队在过去仅花费几对时间的时间内完成了数百个纳米线设备。张说:“由于它们的对齐方式非常好,因此非常易于控制。”

到目前为止,Zhang和她的同事已经使用“ U”形纳米级设备来记录培养物中神经细胞和心脏细胞的细胞内信号。纳米线涂有模仿细胞膜感觉的物质,可以以最小的努力或对细胞的破坏越过该屏障。而且,他们可以以与最大竞争对手:膜片钳电极相同的精确度来记录细胞内颤动。

膜片钳电极大约是纳米线的100倍。顾名思义,该工具会夹在细胞膜上,从而造成不可逆转的伤害。膜片钳电极可以捕获细胞内部电信号的稳定记录。但是,张说,“录制后,细胞死亡了。”

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