然而，当前用于记录细胞培养物或液体环境中的电信号的设备通常依赖于电线将每个电极连接到相应的放大器。导线数量的限制不仅减少了记录点的数量，而且还显着降低了从细胞获取信息的能力。
对此，麻省理工学院的研究人员开发了一种不需要电线的生物传感技术。他们设计了一种微型无线天线，可以通过光学方式检测微小的电信号。周围液体环境中的微妙电气变化会影响天线散射光的方式。研究小组使用了一系列微型天线，每个天线的直径仅为人类头发的百分之一，以极高的空间分辨率捕获细胞之间的电信号。
这些设备足够坚固，可以连续记录信号 10 多个小时。该技术为研究细胞如何响应环境变化提供了一种全新的工具。从长远来看，这些科学发现有望推动疾病诊断技术的进步，协助靶向治疗的开发，提高准确评估新疗法的能力。
“以高通量和高分辨率记录细胞的电活动仍然是一个巨大的挑战，需要我们探索创新的方法和替代方案。”麻省理工学院媒体实验室前博士后、该研究论文的第一作者伯努瓦说。
该研究团队还包括来自媒体实验室的访问学生 Jad Hanna、前访问学生和前博士后 Marta JI，以及来自 Raith, Inc. 的科学家 Yang Yu。资深作者是麻省理工学院媒体实验室和中心的 AT&T 职业发展助理教授。神经生物工程，他也是纳米实验室的主任。研究结果最近发表在一份期刊上。
“生物电活动是细胞功能和生命过程的核心。然而，准确记录这些信号一直是一个挑战。”说，“我们开发的有机散射天线（）可以以微米级分辨率无线记录数千个点的电能信号。这项技术为了解疾病状态下的潜在生物学和异常信号提供了前所未有的机会，同时也奠定了评估不同治疗方案和开发新疗法的基础。”
利用光进行生物传感
研究人员设计了一种不需要电线或放大器的生物传感装置，对于不熟悉电子仪器的生物学家来说更加用户友好。
“我们想知道，我们是否可以设计一种设备，将电信号转换为光信号，并使用每个生物实验室常用的光学显微镜检测这些信号？”伯努瓦说。
最初，该团队尝试使用特殊聚合物PEDOT:PSS设计纳米级传感器，并向其中添加金纳米颗粒，希望这些颗粒能够通过聚合物的激发和调制来散射光。然而，实验结果与理论预测并不一致。
去除金颗粒后，研究人员意外地发现实验结果与理论模型更加一致。
“我们发现信号的来源不是金颗粒，而是聚合物本身。这个意外的发现非常令人兴奋，为我们的发展奠定了基础。”说。
由 PEDOT:PSS 制成。附近的电活动导致聚合物吸引或排斥周围液体环境中的正离子，改变其化学构型和电子结构。这种变化会影响聚合物的折射率，从而改变光的散射方式。
当研究人员将光线照射到天线上时，光线的强度会随着周围液体中电信号的强度而变化，从而实现电信号的光学检测。
