5、纳米场效应晶体管在微创生物电记录与组织融合中的应用

纳米场效应晶体管在微创生物电记录与组织融合中的应用

1. 纳米管场效应晶体管（FET）制备与特性

纳米管场效应晶体管的制备可通过蚀刻锗（Ge）核心来实现。具体过程是先形成纳米线，再用过氧化氢（H₂O₂）蚀刻掉Ge核心，留下硅（Si）纳米管。类似于弯折纳米线探针，采用应变金属电极将纳米管FET抬起，使其能够与细胞接触。不过，使用微米级金属电极来定位有源纳米管晶体管（ANTT）探针，限制了其在大规模、高密度多位点记录中的应用。未来可通过类似于垂直纳米线FET的制备方式，制备垂直纳米管FET阵列来克服这一限制。

2. 基于FET的探针进行细胞内动作电位记录

2.1 细胞膜穿透与磷脂双层修饰

细胞内动作电位的忠实、稳定且微创记录，关键在于细胞膜穿透以及膜与纳米探针之间的高电阻密封。传统记录常采用机械抽吸或插入的方法，而在纳米FET探针研究中，采用了磷脂双层修饰的方法来促进细胞膜穿透，相比机械方法具有优势。

实验中，将解离的HL - 1细胞（小鼠心肌细胞系）与弯折纳米线探针接触，用玻璃微吸管将细胞内电位钳制在一定值。结果显示，经磷脂双层修饰的探针校准电位明显变化，接近细胞内电位，表明探针穿透了细胞膜；而未修饰的探针仅出现基线波动（< ±1 mV）。这说明磷脂双层修饰有助于弯折纳米线FET探针穿透细胞膜，即使在无外力作用的情况下也能实现。推测生物仿脂质融合在这一过程中起重要作用，探针上的脂质双层与细胞膜融合，可使弯折尖端实现生物仿和自发的膜穿透，并形成稳定的高电阻探针/膜密封，这对长期稳定的细胞内记录至关重要。

2.2 细胞内动作电位记录结果

经过磷脂双层修饰的弯折纳米线FET探针、分支细胞内纳