给心脏拍照片？
就在昨天 ， 一款微小 “弹出式 ”传感器诞生 ， 微创进入细胞 ， 进去后即可测量单个心脏细胞中的电信号的传导和速度 。

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图 | 微小“弹出式”传感器（来源：Nature Nanotechnology）
有了它 ， 就能“拍摄”心脏内的高分辨率“图片 ” ， 不仅可查看细胞出故障的位置 ， 还可查看细胞和其他地方的活动是否同步 ， 进而准确指出信号薄弱的位置 。
这是加利福尼亚大学圣迭戈分校（UCSD）徐升教授团队的最新成果 。 12 月 23 日 ， 相关论文以《用于细胞内和细胞间记录的三维晶体管阵列》（Three-dimensional transistor arrays for intra- andinter-cellular recording）为题发表在 Nature Nanotechnology 上[1] 。 谷悦博士担任论文一作 ， 如今他也将回国寻找教职 。

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图 | 相关论文（来源：Nature Nanotechnology）
发明新工具 ， 研究细胞内电信号的传导
该研究的灵感源自于该团队与几位心脏科学家和神经科学家的交流 ， 他们了解到对方在日常科研中遇到了一些工程技术问题 。
受此启发 ， 徐升团队调研相关文献 ， 并和生命科学家以及医生讨论后 ， 制定了这一研究题目 。 针对此次研究 ， 他们设立了三个主要目标：高性能、低生物侵害、可扩展性 。 研究中 ， 他们从材料和工艺两个方面设计相关实验 。
对材料来说 ， 一个传感器的性能取决于其使用的功能材料的本征性能 。 为满足高性能需求 ， 徐升团队选择了高纯度商用单晶硅制备传感器 。 单晶硅的另好处是其制备工艺非常成熟 ， 可帮助提高新型传感器制备的效率和成品率 。

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（来源：Nature Nanotechnology）
其次 ， 较低的生物侵入性决定了这款新型工具所用的材料 ， 具备生物兼容的特质 。 柔性材料的使用 ， 会让工具与被测细胞拥有更接近的机械强度 ， 从而降低测试过程中该工具对细胞的侵害 ， 这也是徐升团队研究柔性电子器件的重要出发点 。
另外 ， 此工具中嵌入了金导线 ， 可将硅传感器的电信号传导到外部采集设备 ， 从而进行数据分析和处理 。 最后 ， 该工具中多种高分子材料的选择 ， 也结合了相适应的制备工艺 。 总之 ， 在设计工具的过程中 ， 他们需要充分考虑应用的材料和所掌握的工艺技术的兼容性 。
对工艺来说 ， 由于使用了硅 ， 因此他们可利用传统微纳加工工艺 ， 来实现特定形状、以及硅晶体管的结构和性能 。 在微纳加工工艺中 ， 特殊设计的光掩膜版可实现同一种传感器在平面内的复制和扩展 ， 这可满足新工具的可扩展需求 。

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（来源：Nature Nanotechnology）
传统微纳加工工艺均基于二维平面加工技术 ， 但是细胞内信号的检测需要将传感器置于细胞膜内 ， 这就要求该传感器必须具备三维结构 。
如何将一个复杂的多层二维结构、转变成三维结构 ， 是工艺设计上的最大挑战 ， 同时也是该研究的亮点之一 。 研究中 ， 他们采用一种名为 compressive buckling 的特殊工艺技术 。 该技术最初由徐升等人开发 ， 相关论文于 2015 年发表于 Science 。
简单来讲 ， 该技术利用施加在二维结构上面的压应力 ， 使其某些部分发生力学失稳 ， 从而产生脱离于原二维平面的变形 ， 借此形成三维结构 。