摘要：
细胞是人体最小的生命单位。兴奋性细胞，如神经元和心肌细胞，使用电信号(所谓的动作电位)相互交流。科学家使用位于细胞膜外部或内部的电极来研究正常大脑和心脏功能的这些信号。这些方法被称为细胞外和细胞内记录。
由菲利普雷诺(Philippe Renaud)领导的EPFL微系统实验室4(LMIS4)和伯尔尼大学细胞光学二实验室(Cell Optics II Laboratory)的研究人员由斯蒂芬勒尔(Stephan Schmidt)领导，共同开发了一种新的微电极，可以在没有辅助的情况下穿透细胞膜。放置在一个阵列中，科学家可以跟踪组织中电活动的传播。研究人员的发现已经发表在《纳米快报》上。尖端技术
尽管细胞电活动的记录系统在过去几年里有了很大的发展，但它们仍有局限性。电极置于膜外的无创细胞外多电极阵列所报告的信号仅与动作电位间接相关。他们很少告诉科学家动作电位的实际形状，例如，导致心脏跳动的细胞膜电位的瞬时上升。
自从70年前伯尔尼大学生理学系的西尔维奥魏德曼(Silvio Weidmann)首次测量细胞动作电位以来，科学家们一直通过使用微电极获得细胞内通路来测量这些信号。这些电极可以插入细胞，也可以放在细胞膜上，然后在电极开口下打开膜。这可以通过机械方式或电穿孔来实现，即向电极施加高压脉冲。
例如，后一种技术最近已被用于获得微观蘑菇形式的纳米结构电极的细胞内路径。然而，这种方法并不理想，因为细胞膜和纳米结构之间的界面不稳定。
受大自然的启发，EPFL和伯尔尼大学的团队采用了现有技术的最佳功能，并提出了一个巧妙的火山设计来解决这一问题。LMIS4的博士助理、该出版物的主要作者Beno tDesbiolles表示：“通过重新设计几何形状和材料，我们开发出了一种无需辅助即可穿透细胞膜的电极，从而无需电穿孔。”“我们也从我们实验室以前的研究中了解到，模拟细胞膜可以稳定细胞电极界面。”
一种被称为纳米火山的新型电极由三部分组成。首先是陨石坑的边缘。它由一个与细胞膜本身大小相同的金环组成，并衬有相同的生物分子。陨石坑里有一个铂电极，用来拾取电信号。外部由绝缘玻璃包围。Desbiolles解释说：“一旦将电池放在结构上，然后它开始下沉，锋利的边缘就会刺穿薄膜，电极就会穿透电池。
“这种膜没有重组，而是固定在金环上，为记录细胞的电活动创造了理想的条件。”
使用纳米火山阵列，科学家可以同时测量细胞培养物中多个位置的动作电位，从而为心肌细胞在空间中如何相互作用提供丰富的见解。
“对于像我这样的电生理学家来说，这项技术是梦想成真，”该出版物的合著者斯蒂芬勒尔说。除了测量单个细胞的动作电位，我们现在还可以研究扩散动作电位如何根据组织结构和病理条件改变其形状。这一知识对于理解潜在致命性心律失常的机制非常重要。"
纳米火山的潜在应用远远超出心脏电生理学。“除了突破性的设计，我们的电极也非常容易制造，”Desbiolles解释说。正在进行测试，看看它是否适用于神经元和其他可兴奋的细胞类型。这位年轻的研究人员说，这个设计也给其他科学学科带来了希望：“纳米火山为监狱打开了一扇门。
该技术还可能吸引制药行业，使科学家能够测试细胞对药物的反应，并从长远来看，开发靶向治疗。
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