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「基质」芯片实验室监测细胞外基质，脑活动成像新技术助力智能假肢

芯片实验室：监测细胞外基质如何应对疾病
【「基质」芯片实验室监测细胞外基质，脑活动成像新技术助力智能假肢】「基质」芯片实验室监测细胞外基质，脑活动成像新技术助力智能假肢
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撬开的锁会暴露出有人闯入了建筑物 。同样 ， 人体细胞周围结构的硬化可能表明癌症正在侵入其他组织 。监测这种细胞外基质结构变化 ， 将为研究人员提供一种研究疾病进展的新方法 。但是在不破坏细胞外基质的情况下 ， 很难检测到细胞外基质的变化 。普渡大学(Purdue University)的工程师们已经制造出一种设备 ， 可以让疾病专家将细胞外基质样本加载到平台上 ， 并通过声波检测其硬化的程度 。
这和检查飞机机翼的损伤是同一个概念 。声波通过材料和另一边的接收器传播 。在不影响材料本身的情况下 ， 波的传播方式可以表明是否有任何损伤或缺陷 。
————Rahim Rahimi 普渡大学材料工程学助理教授
Rahim Rahimi的实验室开发创新材料和生物医学设备 ， 以应对卫生保健方面的挑战 。每个组织和器官都有自己独特的细胞外基质 ， 就像街道上的建筑物根据用途而改变结构一样 。细胞外基质还带有“固定线路” ， 即结构和化学信号 ， 支持细胞间的通讯 。
研究人员已经尝试拉伸、压缩或将化学物质应用于细胞外基质样本来测量这种环境 。但这些方法也容易破坏细胞外基质 。Rahim Rahimi的团队开发了一种非破坏性的方法来研究细胞外基质对疾病、有毒物质或治疗药物的反应 。
这项研究的最初工作是与普渡大学癌症药理学教授索菲·莱利夫(Sophie Lelievre)的实验室合作进行的 ， 目的是确定风险因素如何影响细胞外基质并增加患乳腺癌的风险 。
该设备是一个“芯片上的实验室” ， 连接到发射机和接收机 。将细胞外基质及其细胞注入平台后 ， 发射器产生超声波 ， 超声波通过材料传播 ， 然后触发接收器 。输出是一个电信号 ， 表明细胞外基质的刚度 。
研究人员首先用含有癌细胞的水凝胶证明了该设备的概念 ， 水凝胶是一种类似于细胞外基质的物质 。
该团队目前正在研究该设备对胶原细胞外基质的有效性 。Rahim Rahimi说 ， 该设备可以很容易地扩大规模 ， 一次运行多个样本 ， 比如一个阵列 。这将使研究人员能够同时研究一种疾病的几个不同方面 。
一种脑活动成像新技术可能会增强假肢的功能
「基质」芯片实验室监测细胞外基质，脑活动成像新技术助力智能假肢
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尽管脑活动成像技术已经可以用于假肢和脑科学研究及相关疾病的治疗 ， 但与目前的设备相比 ， 这种新设备记录的信息要多得多 ， 侵入性也更小 。
材料科学专业的学生、论文的第一作者Abdulmalik Obaid说:“以前没有人把这些二维硅电子器件与大脑的三维结构相匹配 。”“我们不得不抛弃我们已知的传统芯片制造技术 ， 设计新的工艺 ， 将硅电子技术带入第三维度 。我们必须以一种容易扩大规模的方式来做这件事 。”关于这项新技术 ， 发表在最近一期《科学进展》(Science Advances)杂志上 。这项技术由一组极细的金属丝组成 ， 每根金属丝的宽度只有一根人类最细毛发的一半 。这些微型电线被放置在大脑内部 ， 与外部的硅芯片相连 ， 硅芯片记录通过它们的电信号 ， 并将单个神经元的电信号记录下来 。
电活动是观察大脑活动的分辨率最高的方法之一 。通过这个微波阵列 ， 我们可以看到在单神经元水平上发生了什么 。
——Nick Melosh ， 作者之一 ， 材料科学教授
在对大鼠视网膜细胞和活老鼠大脑的测试中 ， 通过数百条导线获得了有意义的信号 。进一步的研究将揭示这些信号能揭示什么 ， 以及该设备能在大脑中停留多长时间 。


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