判断对象是否变心?Science和Nature子刊技术,徐老师6年磨一剑!

对象是否变心?

《大话西游》的爱情故事缠绵悱恻、跌宕起伏,概括就是:

至尊宝喜欢白晶晶,
白晶晶喜欢齐天大圣,
齐天大圣喜欢紫霞,
紫霞喜欢至尊宝。
那么,当《一生所爱》的前奏响起,怎么判断对方是否‘变心’?
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像紫霞和白晶晶一样,进入心脏看?

‘变心’测试

在理工科人眼里,变化的参数都可以测试,包括心脏电位。

传统办法就是给心脏细胞加膜片钳,这个技术打开了细胞电生理研究的大门,能够记录细胞电流信号。具体地,用特制的玻璃微吸管吸附于细胞表面,使之形成10~100的密封(giga-seal),又称巨阻封接,被孤立的小膜片面积为μm量级,内中仅有少数离子通道。然后对该膜片实行电压钳位,可测量单个离子通道开放产生的pA量级的电流,类似于实验室的pH仪器。
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这种传统办法拿根‘针’在细胞表面戳来戳去,看着捉急,心脏那么多细胞,怎么一次性测很多细胞?
细胞白天和晚上工作状态不一样,不能一直手拿着测试,怎么长期记录?
细胞和细胞之间距离很短,怎么细胞间测信号传递?
电生理科学家和紫霞仙子需要一种全新的探测的方法。

全新的想法

2021年12月23日,加利福尼亚大学圣迭戈分校徐升教授在 Nature Nanotechnology 上发表文章:Three-dimensional transistor arrays for intra- andinter-cellular recording,有望代替膜片钳技术。

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他们制备的探测器针尖只有1-2 um,而且是可弯曲形状,直接扎到细胞上,就可以测试细胞中电信号的传导和速度。
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(1)如何制备图中三维的传感器?
其实早在2015年,徐老师就弄出了一个非常有特色的技术:微纳结构魔力圈变形术。也就是通过压缩屈曲将二维微纳结构,转化为三维几何结构,文章发表在Science(Assembly of micro/nanomaterials into complex, three-dimensional architectures by compressive buckling)。
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利用微纳结构魔力圈变形术,他就可以把二维探测器折成三维了。
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从Science技术创新,到Nature Nanotechnology技术应用,6年磨一剑!
(2)选择什么样的材料?
按照避免重复造轮子的思路,他们选择了高纯度商用单晶硅制备传感器;
根据生物兼容的特质,他们使用了柔性材料,并在探测器表面修饰了磷脂双分子层
为了引出信号,嵌入金导线
(3)探测器效果如何?
1个探测器:成功测试到心肌细胞周期性的脉冲信号。
10个探测器:可以测试电信号在不同细胞中的传递路径和速度。
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128 个探测器:分布在三个不同的高度,测试范围和维度都提升。
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这技术,和紫霞仙子的操作异曲同工,心脏的秘密守不住了~
最后,再介绍下徐老师徐升,北京大学化学学院2002级本科生,现在是加州大学圣地亚戈分校纳米工程系助理教授。2018年,MIT技术评论将徐升教授提名为今年35岁以下的顶级创新者之一。2019年,徐升获得了材料研究学会“杰出青年科学家奖”,是第3位获得此项荣誉的华人科学家。2021年2月,他获得了“诺奖风向标”——斯隆研究奖。跨界高手,顶刊发了很多,学习榜样!
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参考资料

1. https://mp.weixin.qq.com/s/A29APZTNpjN34PMlxpbKJg

2. https://www.nature.com/articles/s41565-021-01040-w#Sec29
3. https://www.science.org/doi/10.1126/science.1260960

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