一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)，小到可以放入細(xì)胞中的電子芯片能夠幫助科學(xué)家實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)視個(gè)體細(xì)胞的行為。研究者表示，這些獨(dú)立的裝置能夠幫助我們分析從個(gè)體細(xì)胞發(fā)源的疾病。
這種新型的電子設(shè)備就是微型射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽(以下統(tǒng)稱“RFID標(biāo)簽”)，它們的本質(zhì)是一種可以從遠(yuǎn)處識(shí)別的條形碼。
RFID標(biāo)簽通常包含一個(gè)微型芯片和一個(gè)連接其上的天線。在它的附近會(huì)有一個(gè)可以向其發(fā)射電磁信號(hào)的讀取器(一般被稱為收發(fā)器)，然后RFID標(biāo)簽可以根據(jù)自己儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，例如它的身份、生產(chǎn)日期、地點(diǎn)和儲(chǔ)存處理方法等，對(duì)讀取器做出響應(yīng)。許多RFID標(biāo)簽沒(méi)有不內(nèi)置電池，相反它們依賴讀取器所發(fā)射的信號(hào)中的能量來(lái)傳輸信息。
時(shí)至今日，RFID標(biāo)簽已經(jīng)在鑰匙卡、收費(fèi)通行證、圖書(shū)館書(shū)籍和許多其他物品中得以應(yīng)用。但是，典型的RFID標(biāo)簽的尺寸介乎毫米到厘米之間。相比之下，這些新興的RFID標(biāo)簽的大小只有22微米，大約是人類頭發(fā)平均直徑的五分之一。
傳統(tǒng)的RFID讀取器僅使用一個(gè)天線與標(biāo)簽通訊。而在新興的RFID讀取器上，研究人員使用了兩個(gè)天線，每個(gè)天線大約是新興RFID標(biāo)簽直徑的兩倍。這樣的做法可以將標(biāo)簽上的信號(hào)幅度增強(qiáng)10倍以上，并且在檢測(cè)上區(qū)分出“一個(gè)在復(fù)雜生物環(huán)境中移動(dòng)的被標(biāo)記的細(xì)胞”和“在幾微米外與讀取器失去連接的細(xì)胞”的分別。
胡曉琳說(shuō)，盡管新興的RFID標(biāo)簽仍然比許多細(xì)胞大，但它們能“應(yīng)用在很多令人感興趣的細(xì)胞上”，例如小鼠體內(nèi)的黑色素瘤細(xì)胞、人類體內(nèi)的黑色素瘤細(xì)胞、乳腺癌細(xì)胞、結(jié)腸癌細(xì)胞和健康的結(jié)締組織細(xì)胞，這些都是研究人員發(fā)現(xiàn)的“令人感興趣的細(xì)胞”。
未來(lái)研究方向
研究人員計(jì)劃在幾微米范圍內(nèi)監(jiān)視在微型硅橡膠通道中移動(dòng)的被標(biāo)記的活細(xì)胞。胡曉琳道，“傳感器和其他設(shè)備能夠與這些微型標(biāo)簽結(jié)合來(lái)測(cè)量和展示很多事物，我們將實(shí)現(xiàn)此前從未有過(guò)的活細(xì)胞內(nèi)的控制 。未來(lái)的研究還可以探索發(fā)展更小的標(biāo)簽并找到持續(xù)跟蹤它們的方法�！�
來(lái)自休斯頓衛(wèi)理公會(huì)研究所、未參與此項(xiàng)研究的生物工程師、系統(tǒng)生物學(xué)家史蒂芬·王(Stephen Wong)表示，“這是第一步我們?cè)谶^(guò)程中不以探測(cè)、干擾細(xì)胞膜或破壞細(xì)胞的‘冒風(fēng)險(xiǎn)’方式向外界發(fā)送細(xì)胞的信號(hào)，它開(kāi)啟了活細(xì)胞研究的全新世界�！�
這項(xiàng)將電子器件內(nèi)置于細(xì)胞內(nèi)的能力，將能夠史無(wú)前例地幫助研究者理解并操縱細(xì)胞的行為。胡曉琳解釋，“多數(shù)疾病的過(guò)程發(fā)源于一個(gè)到幾個(gè)細(xì)胞的水平，但現(xiàn)在我們沒(méi)有技術(shù)來(lái)檢測(cè)人體中的個(gè)體細(xì)胞。如果能跟蹤和監(jiān)測(cè)個(gè)體細(xì)胞，也許就能在早期檢測(cè)到疾病，這樣就能盡早啟動(dòng)治療，使治療變得更加有效�！�
舉一個(gè)例子，一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的pH傳感器將能夠幫助測(cè)量其酸性。史蒂芬·王認(rèn)為，“這體現(xiàn)了細(xì)胞的健康程度。此外，我們還可以測(cè)量葡萄糖來(lái)測(cè)量細(xì)胞代謝過(guò)程，以及細(xì)胞中許多其他分子�！�
他還表示，未來(lái)的研究還應(yīng)聚焦在擴(kuò)展研究人員能掃描標(biāo)簽的范圍，“目前無(wú)線接收器需要離細(xì)胞非常近才有用，然而這并不理想。當(dāng)然，目前研究者所展示的已經(jīng)是前進(jìn)的很好一步了。”
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