據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，青島理工大學(xué)與浙江大學(xué)、北京航空航天大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)合作，在3D打印柔性電極陣列及細(xì)胞內(nèi)電生理記錄技術(shù)方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以"3D-Printed Flexible Nanosilver Electrode Array for Parallel and Robust Intracellular Electrophysiological Recording"為題，發(fā)表在納米科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域國際權(quán)威期刊ACS Nano上，青島理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院朱曉陽教授為第一通訊作者。
傳統(tǒng)的納米電極陣列因制備工藝復(fù)雜、成本高昂，并在柔韌性和信號(hào)穩(wěn)定性方面存在局限，難以滿足心臟電生理學(xué)研究對(duì)高保真、高通量細(xì)胞內(nèi)動(dòng)作電位記錄的需求。現(xiàn)有器件與細(xì)胞界面耦合效率低，且長期使用易引發(fā)細(xì)胞損傷，制約了其在藥物篩選和疾病機(jī)制研究中的應(yīng)用。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出基于多材料電場驅(qū)動(dòng)微噴射3D打印技術(shù)的柔性納米銀電極陣列（FlexNEA）器件，為心臟電生理記錄提供了突破性解決方案。
研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的FlexNEA器件通過高精度3D打印工藝實(shí)現(xiàn)電極結(jié)構(gòu)定制化設(shè)計(jì)，結(jié)合納米銀材料的優(yōu)異導(dǎo)電性和柔性基底的低機(jī)械應(yīng)力特性，顯著提升了細(xì)胞-電極界面耦合效率。實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn)lexNEA通過生物安全電穿孔技術(shù)可實(shí)現(xiàn)99%以上的細(xì)胞內(nèi)訪問成功率，其柔性特性使電極緊密貼合心肌細(xì)胞膜動(dòng)態(tài)形變，獲得較傳統(tǒng)平面電極提升近3倍的動(dòng)作電位幅值（圖1）。在連續(xù)5天的長期測試中，F(xiàn)lexNEA穩(wěn)定記錄到高信噪比（>20 dB）的胞內(nèi)信號(hào)，且經(jīng)高頻短時(shí)電穿孔操作后仍保持優(yōu)異性能。研究進(jìn)一步驗(yàn)證了該器件在藥物評(píng)估中的應(yīng)用潛力，成功捕捉到離子通道阻斷藥物處理后動(dòng)作電位持續(xù)時(shí)間（APD50）、去極化速率等參數(shù)的細(xì)微變化，為精準(zhǔn)藥效評(píng)估提供了新工具。
用于細(xì)胞內(nèi)動(dòng)作電位記錄的3D打印柔性納米銀電極陣列器件研制與表征
基于3D打印FlexNEA器件的電生理傳感-調(diào)控系統(tǒng)及心肌胞內(nèi)動(dòng)作電位記錄
本研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、山東省泰山學(xué)者青年專家等項(xiàng)目的資助。ACS Nano是美國化學(xué)會(huì)（ACS）旗下頂級(jí)期刊，位列自然指數(shù)（Nature Index）收錄期刊，中國科學(xué)院期刊分區(qū)1區(qū)，最新影響因子為15.8。
此項(xiàng)研究突破了傳統(tǒng)微電極陣列的制造瓶頸，為心臟病學(xué)、神經(jīng)科學(xué)及藥物開發(fā)領(lǐng)域提供了低成本、高靈敏的生物電傳感平臺(tái)。FlexNEA的模塊化設(shè)計(jì)和大規(guī)模并行記錄能力，未來可拓展至類器官、腦機(jī)接口等前沿領(lǐng)域，推動(dòng)個(gè)性化醫(yī)療與精準(zhǔn)藥理學(xué)研究發(fā)展。
