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人体组织培养传感器新技术或助研发半机器人

发布时间:2021-01-20 07:13:27 阅读: 来源:光端机厂家

图1 包含微小传感器的3-D组织支架——研究学者认为通过将它们在组织中“培养”,日后可以将这些医用传感器植入病人体内。北京时间8月29日消息,英国每日邮报报道,近日美国麻省理工学院的研究学者发明了一种新技术,能够在人体组织里放置传感器,这使得结合人体和机器人技术创造半机器人离现实更进一步。为了控制工程组织的三维形状,研究学者在微小的海绵状支架上培养细胞。

这些设备可以移植入病人体内,或者用于实验以研究组织对潜在药物的反应。来自美国麻省理工学院、哈佛大学和波士顿儿童医院的研究学者组成的小组正往组织支架上添加新的元素:电子传感器。

这些由硅纳米线制成的传感器可以用于监测支架周围组织的电活动,控制药物释放或者根据不同药物对心脏组织跳动产生的效应而选择合适的药物。“对于这项研究我们非常兴奋,” 麻省理工学院的David H. Koch研究所的罗伯特·兰格教授这样说道。“它使得我们离未来合成组织工程心脏更近了一步,同时它也显示了新型纳米材料在该领域的重要地位。”

研究学者利用环氧树脂建造了这个新支架,环氧树脂是种能产生多孔质3-D结构的无毒材料。嵌入在支架里的硅纳米线向组织内生长的细胞传递电信号,同时也能从细胞中传递出信号。“这些支架不仅仅是细胞的机械支撑,它还包含多重传感器。我们将细胞放在支架上培养,最终它将长成3D的工程组织。”

研究小组选用硅纳米线作为电子传感器是因为它们小、稳定,且能安全的植入活体组织,且对电流的反应比金属电极更敏感。纳米线直径在30纳米和80纳米之间(大约是人一根头发的1/1000)。它能够检测到小于千分之一瓦的电压,这大约就是细胞内的电压水平。

图2 诸如机械战警这样的半机械人在科幻电影中屡见不鲜。目前麻省理工学院的研究学者正在朝将它变为现实迈进。《自然材料研究》中研究学者利用它们的支架培养心脏、神经和肌肉组织。利用工程心脏组织,研究学者能够检测到细胞对去甲肾上腺素的反应,后者是一种用于增加心脏率的常用兴奋剂。

美国哥伦比亚大学生物医学工程的戈尔达娜﹒武尼亚克-诺瓦科维奇教授表示,这项工作解决了对电刺激有反应的工程细胞的需要,这将极大的促进了对心脏和神经系统疾病的治疗。“这项研究展示了纳米电子学是如何结合组织工程学检测细胞的行为。”这种可植入设备使得医生可以检测到植入该设备的病人的炎症或其他生化事件。

研究学者的最终目标是这种工程组织不仅能检测的电或化学事件,还能够通过释放药物,对它产生适当的反应。

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