可與細(xì)胞相互作用并刺激細(xì)胞的小型生物集成裝置，在治療中具有巨大潛力。然而，這些設(shè)備都需要一個(gè)電源來(lái)運(yùn)行。到目前為止，還沒(méi)有一種有效的方法在微尺度上提供電力。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，牛津大學(xué)化學(xué)系的研究人員開(kāi)發(fā)了一種微型電源，能夠改變培養(yǎng)的人類(lèi)神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)。該裝置的靈感來(lái)自于電鰻發(fā)電的方式，它利用內(nèi)部離子梯度來(lái)發(fā)電。

牛津大學(xué) Hagan Bayley 教授、張瑜伽博士、周琳娜博士等人在 Nature 期刊發(fā)表了題為：A microscale soft ionic power source modulates neuronal network activity 的研究論文。

研究團(tuán)隊(duì)受電鰻放電方式的啟發(fā)，開(kāi)發(fā)了一種微型電源，在實(shí)現(xiàn)微型生物集成設(shè)備上邁出重要一步，該設(shè)備利用內(nèi)部離子梯度發(fā)電，直接刺激細(xì)胞，改變培養(yǎng)的人類(lèi)神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)，

該研究開(kāi)發(fā)的這種微型柔性電源是通過(guò)沉積5納升尺寸（1納升為1升的10億分之一）的導(dǎo)電水凝膠（含有大量吸收水的聚合物鏈的3D網(wǎng)絡(luò)）液滴來(lái)生產(chǎn)的。每個(gè)液滴都有不同的組分，因此在整個(gè)鏈上形成了鹽濃度梯度。脂質(zhì)雙分子層將相鄰液滴分開(kāi)并提供機(jī)械支持，同時(shí)阻止鹽離子在液滴之間流動(dòng)。

通過(guò)將結(jié)構(gòu)冷卻到4°C并改變周?chē)慕橘|(zhì)來(lái)打開(kāi)電源：這會(huì)破壞脂質(zhì)雙分子層，使液滴之間形成連續(xù)的水凝膠。從而使得鹽離子可以通過(guò)導(dǎo)電水凝膠，從兩端的高鹽離子濃度液滴移動(dòng)到中間的低鹽離子濃度液滴。通過(guò)將兩端液滴與電極連接，鹽離子梯度釋放的能量被轉(zhuǎn)化為電能，使水凝膠結(jié)構(gòu)成為外部組件的電源。

在這項(xiàng)***新研究中，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的激活的液滴電源產(chǎn)生了持續(xù)超過(guò)30分鐘的電流。由50納升液滴組成的單元的***大輸出功率約為65納瓦。該設(shè)備在儲(chǔ)存36小時(shí)后也會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似的電流。

液滴電源的結(jié)構(gòu)和輸出性能

接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)演示了如何將活細(xì)胞連接到電源設(shè)備上，從而通過(guò)離子電流調(diào)控細(xì)胞活動(dòng)。他們將該裝置連接到含有人類(lèi)神經(jīng)祖細(xì)胞的液滴上，這些細(xì)胞已被熒光染料染色，以表明它們的活性。當(dāng)電源打開(kāi)時(shí)，延時(shí)記錄顯示神經(jīng)元中由局部離子電流誘導(dǎo)的細(xì)胞間鈣信號(hào)波。

離子液滴裝置誘導(dǎo)的神經(jīng)元調(diào)控

該論文的***作者兼共同通訊作者張瑜伽博士表示，這種小型化柔性電源代表著生物集成設(shè)備的突破。通過(guò)利用離子梯度開(kāi)發(fā)出的微型的、生物相容性系統(tǒng)，可以在微尺度上調(diào)控細(xì)胞和組織，這在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)方面開(kāi)辟了廣泛的應(yīng)用前景。

研究團(tuán)隊(duì)還表示，該設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)允許多個(gè)單元組合起來(lái)，以增加產(chǎn)生的電壓和/或電流。通過(guò)將20個(gè)5液滴單元串聯(lián)起來(lái)，能夠照亮一個(gè)發(fā)光二極管。

ctDNA的提取在腫瘤篩查中，是重要的前置步驟。目前常用的提取方法是利用生物磁珠，主要是硅羥基磁珠或羧基磁珠對(duì)血清血漿的ctDNA進(jìn)行提取，由于磁珠的粒徑小，比表面積大，在特定提取緩沖液中，對(duì)核酸的吸附會(huì)更加靈敏，相比于其他方法，使用生物磁珠對(duì)進(jìn)行ctDNA提取得率會(huì)更高，檢測(cè)靈敏度和檢出限也會(huì)更合適，搭配核酸提取儀，更能實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化的提取。