6、纳米探针与细胞内记录技术的前沿进展

纳米探针与细胞内记录技术的前沿进展

在神经科学和生物医学领域，准确记录生物系统中的电活动一直是研究的关键目标。近年来，纳米技术的发展为这一领域带来了新的突破，特别是纳米尺度的探针和细胞内记录技术。

纳米尺度探针的发展

纳米尺度的探针，特别是基于场效应晶体管（FET）的纳米探针，在生物系统的电活动记录中展现出了巨大的潜力。这些纳米探针具有极小的尺寸，这使得它们在记录过程中对细胞的侵袭性降至最低，同时还提高了记录的空间分辨率。

纳米探针可用于从单个培养细胞到组织切片和整个器官等不同生物系统的细胞外和细胞内动作电位记录。通过3D人工组织构建体，纳米探针能够实现大面积、高密度的细胞和亚细胞分辨率的动作电位记录，这对于神经和心脏活动的映射至关重要。

例如，在心脏组织的研究中，当刺激心脏收缩时，记录信号显示动作电位放电频率增加了两倍。不同位置的硅纳米线场效应晶体管（SiNW FETs）对去甲肾上腺素的应用在不同时间尺度上表现出响应。此外，从连贯跳动的纳米电子支架/心脏构建体进行的多路复用记录显示，在3D神经支配的心脏组织样本中，间距达6.8毫米的四个SiNW FETs具有亚毫秒级的时间分辨率。

纳米电子学与组织的杂交以及3D神经和心脏活动映射的研究仍处于起步阶段。然而，制造3D大孔纳米电子支架的概念和策略为这一方向提供了有希望的途径。从单独合成的纳米材料开始制造纳米探针的自下而上范式是实现3D独立纳米电子支架的关键。这些纳米探针的小尺寸代表了最小的侵袭性，这对于长期稳定的3D记录至关重要。

纳米电子支架的进一步发展不仅可能对3D大脑活动映射和体外药理学研究等领域产生深远影响，还为可植入的“半机械人”组织提供了可能性，从而实现疾病的闭