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美国利用纳米电子材料研制出半机械肌体组织

日期:2012年8月30日 16:04

        8月27日据美国哈佛大学宣称,该校科学家成功研发出一种新技术,可以向工程化人体组织植入一种具有功能性、生物相容性的纳米级三维网状物,首次研制出半机械组织。这种纳米级“支架”与细胞一起被植入肌体后,可发育成肌体认同的组织,用以检测肌体内部的细胞活动变化而无任何不良反应。
  一个与生物工程组织有关、长期受到关注的问题是,如何研制出一个系统,能够在其被植入肌体后感应肌体组织的化学或电学变化,同时还可以为研究人员提供一种方法,来直接刺激工程化组织并测定细胞的反应。
  “目前我们对生命系统监控与干预的方法非常有限。只能使用电极测量细胞或组织中的活动,但这会伤害到细胞和组织。”项目领导者、哈佛大学化学教授查尔斯·M·利伯说,“利用这项新技术,我们能够在生物系统的同一级别上进行同样的操作而不会伤害到它们。当然,将组织与电子器件合并起来最为困难之处是,如何将组织底端与电子器件顶端连接起来。”
  此项研究是从寻找一个二维基质开始的。首先,研究人员将有机聚合物网丝缠绕在纳米线周围,作为重要的感应元件;然后,在网状物中建造了一个与纳米线感应元件相连的纳米电极,使纳米线晶体管能够测定细胞的活动而不伤害它们。这样二维基质的问题就解决了。研究人员获得的这个网状海绵体(或网丝),能够被折叠或者卷曲到需要进入的三维体之中。网状物的构建过程与微芯片的蚀刻过程相似。
  由于自主神经系统记录着身体中pH值、化学、氧和其他要素的情况,并且在需要的时候作出反应,因此,研究人员选择使用自主神经系统来建造纳米线。使用心脏细胞和神经细胞,研究人员成功地将纳米网状物植入组织,而且不影响组织内细胞的发育和活动;通过使用植入器件的方法,研究人员可以检测出组织深层细胞发出的电信号,并且测量到心脏和神经组织中药物带来的信号变化。他们表示,使用这一技术可同样测量植入的生物工程血管内外pH值和其他生物化学或细胞环境的变化,如对炎症、局部缺血的反应等。
  研究人员认为,该项技术成果的潜在应用领域很多,近期即可用于制药产业。研究人员能够使用该技术,在三维组织而不是细胞培养的薄层上更为精确地研究药物作用的最新发展。将来,该技术还可用于检测人体对电刺激或药物产生的内部变化和相应反应。
  该研究成果发表在8月26日出版的《自然·材料》杂志上。

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