Een nanotransistorsensor die tegelijkertijd elektrische en mechanische activiteit in hartcellen meet

Met behulp van een zwevende nanodraad heeft een onderzoeksteam van de Universiteit van Massachusetts voor het eerst een kleine sensor gemaakt die tegelijkertijd elektrische en mechanische cellulaire reacties in hartweefsel kan meten, wat veelbelovend is voor onderzoeken naar hartziekten, het testen van geneesmiddelen en regeneratieve geneeskunde.

Elektrotechniek en computertechniek (ECE) Ph.D. student Hongyan Gao, eerste auteur van het artikel dat online is gepubliceerd door het tijdschrift Wetenschappelijke vooruitgangbeschrijft de uitvinding als “een nieuw hulpmiddel voor verbeterde hartstudies dat het potentieel heeft voor toonaangevende toepassingen in experimenten met hartziekten.”

Omdat de cel een functioneel basiselement is in de biologie, zijn het mechanische en elektrische gedrag ervan twee belangrijke eigenschappen die de celstatus aangeven en bijgevolg belangrijk zijn voor gezondheidsmonitoring, ziektediagnose en weefselherstel.

“Een uitgebreide beoordeling van de cellulaire status vereist tegelijkertijd kennis van zowel mechanische als elektrische eigenschappen”, zegt onderzoeksteamleider Jun Yao, ECE-assistent-professor en een adjunct-biomedische technologie. Deze twee eigenschappen worden meestal gemeten door verschillende sensoren, en de mate waarin de celfunctie wordt verstoord, neemt toe met het aantal gebruikte sensoren.

De sensor is gemaakt van een 3D-opgehangen halfgeleidende silicium nanodraad. Met zijn grootte die veel kleiner is dan een enkele cel, kan de nanodraad stevig op het celmembraan worden geplakt en zeer nauwkeurig “luisteren” naar cellulaire activiteiten. Het heeft ook unieke eigenschappen om “gehoorde” bio-elektrische en biomechanische activiteiten om te zetten in elektrische detectiesignalen voor detectie.

“Naast het ontwikkelen van geïntegreerde biochips, is onze volgende stap het integreren van de nanosensoren op vrijstaande steigers om in vitro weefsel te innerveren voor diepe weefselstudies”, zegt Yao. “Op de lange termijn hopen we dat de nanosensoren veilig kunnen worden geleverd aan levende hartsystemen voor verbeterde gezondheidsmonitoring en vroege diagnose van ziekten.”

Het concept van het samenvoegen van meerdere detectiefuncties in één apparaat zal ook de mogelijkheden van algemene bio-interface-engineering verbreden, zegt Yao.