Ultra-thin electrodes for wound healing monitoring and drug screening on curved interfaces
本文提出了一种利用在弯曲氟硅橡胶隐形眼镜上制备的超薄、可转移金电极，从而实现对非平面生物表面上上皮伤口愈合动态及药物筛选进行实时电学监测的多功能平台。
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当皮肤被割伤或角膜被刮伤时，身体会启动一支复杂的修复队伍来填补缺口。这一过程依赖于细胞在伤口处迁移、相互粘附并重建一道紧密的屏障，以保持水分不流失并防止细菌侵入。科学家们长期以来一直希望能够实时观察这种愈合过程，而不仅仅是通过显微镜拍摄快照，而是通过测量屏障重建时发生的电学变化。挑战在于，活体组织很少是平坦的。皮肤在关节处弯曲，而眼睛是一个球体。大多数用于研究这些细胞的实验室工具都是建立在平坦的玻璃或塑料之上的，这迫使细胞以一种不自然的方式运作，无法捕捉到它们在人体内真实曲线表面上的行为。
一组研究人员现在开发出了一种方法，可以在模拟隐形眼镜形状的曲面上研究这些愈合细胞。他们利用超薄、柔性的电子传感器构建了一个平台，这些传感器可以从扁平的制造片上剥离，并贴在弯曲的镜片上而不破裂。这些传感器由一种名为聚对二苯并噻唑（Parylene C）的特殊柔性塑料制成，这种材料极其薄，因此易于弯曲，并涂有一层微小的金层以导电。通过在这一层覆盖着传感器的曲面镜片上培养一层人类细胞，该团队得以观察细胞如何愈合两个电极之间的微小缺口。随着细胞移动以封闭伤口，流经传感器之间的电流会发生变化，从而提供关于修复速度和质量的连续、实时的报告。
研究人员通过在生长在曲面镜片上的细胞层中制造一个小的人造伤口来测试该系统。他们向传感器施加了微弱、轻柔的电压脉冲，并测量由此产生的稳定电流。当伤口新鲜且缺口较大时，细胞间的液体允许电流自由流动，产生较强的信号。随着细胞迁移以填充缺口并重新连接在一起，它们充当了屏障，阻断了电流的流动，导致信号下降。团队观察到，在健康、未经处理的对照组中，电信号在约24小时内稳步下降，表明细胞已成功封堵了伤口。这种方法使他们能够将愈合过程视为一个连续的故事，而非一系列断开的图片。
为了证明该系统能够检测药物如何影响愈合，科学家们向三组受伤的细胞中引入了三种不同的药物。一种是常用的局部麻醉药利多卡因，它似乎加速了伤口的闭合，其电信号下降的速度比未经处理的组更快。另一种是抗生素新霉素，它导致愈合过程略有延迟；而第三种药物——足以影响细胞运动的吴巴因（ouabain），则导致细胞脱落并完全停止愈合。传感器清晰地捕捉到了这些差异，表明该平台不仅可以追踪自然的修复过程，还可以检测特定化学物质如何改变这一过程。
研究人员还建立了一个计算机模型来模拟该曲面设置的物理特性。该模拟证实，电信号的变化确实是由细胞填充缺口引起的，而不是由镜片的形状或传感器本身引起的。模型显示，随着细胞覆盖伤口，电阻增加，这与实验中观察到的电流下降相吻合。物理设备与计算机模型之间的一致性，增强了测量结果准确性的信心。团队还验证了所用材料对细胞是安全的，显示出细胞在覆盖了传感器的曲面上的生长和增殖与在标准平坦玻璃上的表现一样正常。
这项工作证明了使用柔性电子技术监测曲面上的生物愈合是可能的。通过摆脱平坦、刚性的工具，研究人员创建了一个能更好地反映人体实际形状的系统。在曲面界面上实时观察愈合过程并测试药物的能力，为更准确的组织修复研究开辟了道路。虽然这项特定的研究是在隐形眼镜模型细胞系上进行的，但该方法为研究更复杂的组织（如具有关键功能的角膜）提供了路径。该系统提供了一种观察由于生命自我修复而产生的不可见电学变化的方法，为伤口如何闭合以及药物如何帮助或阻碍这一过程提供了更清晰的视角。
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