Three-dimensional transistor arrays for intra- and inter-cellular recording.
Three-dimensional transistor arrays for intra- and inter-cellular recording.
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DOI：
10.1038/s41565-021-01040-w
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发表时间：
2022-03
影响因子：
38.3
通讯作者：
Xu S
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Gu Y;Wang C;Kim N;Zhang J;Wang TM;Stowe J;Nasiri R;Li J;Zhang D;Yang A;Hsu LH;Dai X;Mu J;Liu Z;Lin M;Li W;Wang C;Gong H;Chen Y;Lei Y;Hu H;Li Y;Zhang L;Huang Z;Zhang X;Ahadian S;Banik P;Zhang L;Jiang X;Burke PJ;Khademhosseini A;McCulloch AD;Xu S
电脉冲的产生及其在细胞或细胞网络内的传导是电生理学的基础。然而，该领域的进步受到传感精度和现有记录技术的可扩展性的限制。在这里，我们描述了一个可扩展的平台，可以准确记录电致细胞的跨膜电位。该平台采用三维高性能场效应晶体管阵列，用于微创细胞接口，可产生忠实的记录，并经金标准膜片钳验证。利用场效应晶体管的高空间和时间分辨率，我们测量到心肌细胞的细胞内信号传导速度为0.182 m s - 1，大约是细胞间速度的5倍。我们还展示了心肌组织结构的细胞内记录，并揭示了信号传导途径。该平台可以为探测单细胞和细胞网络的电行为提供新的能力，这对理解细胞生理学、病理学和细胞-细胞相互作用具有广泛的意义。
Electrical impulse generation and its conduction within cells or cellular networks are the cornerstone of electrophysiology. However, the advancement of the field is limited by sensing accuracy and the scalability of current recording technologies. Here we describe a scalable platform that enables accurate recording of transmembrane potentials in electrogenic cells. The platform employs a three-dimensional high-performance field-effect transistor array for minimally invasive cellular interfacing that produces faithful recordings, as validated by the gold standard patch clamp. Leveraging the high spatial and temporal resolutions of the field-effect transistors, we measured the intracellular signal conduction velocity of a cardiomyocyte to be 0.182 m s−1, which is about five times the intercellular velocity. We also demonstrate intracellular recordings in cardiac muscle tissue constructs and reveal the signal conduction paths. This platform could provide new capabilities in probing the electrical behaviours of single cells and cellular networks, which carries broad implications for understanding cellular physiology, pathology and cell-cell interactions.
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