Vlasov和Bashir小组开发用于脑化学分析的纳米级设备
生物医学研究中长期面临的挑战，例如监测大脑化学物质和跟踪药物在体内的传播，需要更小、更精确的传感器。一种新型纳米级传感器，可监测比现有技术小1,000 倍的区域，并能以亚秒级分辨率跟踪生物组织化学含量的细微变化，大大优于标准技术。
该设备由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员开发，以硅为基础，并利用了微电子制造技术。
设备尺寸较小，使其能够在几分之一秒内以接近 100% 的效率从组织的高度局部区域收集化学成分。ACS Nano杂志报道了这种新型纳米透析装置的功能。
伊利诺伊大学电气与计算机工程教授兼研究员尤里·弗拉索夫 (Yurii Vlasov) 表示：“通过我们的纳米透析设备，我们采用了一项既定技术，并将其推向了一个新的极限，使以前不可能的生物医学研究问题变得变得可行。” -该研究的领导者。
“此外，由于我们的设备是使用微电子制造技术在硅上制造的，因此可以大规模制造和部署。”
从微米透析到纳米透析
纳米透析基于一种称为微透析的技术，其中将带有薄膜的探针插入生物组织中。化学物质穿过膜进入液体，然后被抽走进行分析。直接从组织中取样的能力对神经科学、药理学和皮肤病学等领域产生了重大影响。
然而，传统的微透析有其局限性。探针从几平方
毫米处取样，因此只能测量组织中相对较大区域的平均成分。当插入探头时，大尺寸还会导致一定程度的组织损伤，可能会扭曲分析结果。最后，泵送通过探头的流体以相对较高的速率流动，影响了化学浓度读取的效率和准确性。
“传统微透析的许多问题可以通过使用更小的设备来解决，”弗拉索夫说。“纳米透析变得更小意味着更精确，组织放置造成的损伤更少，以更高的空间分辨率对组织进行化学映射，并且读出时间更快，可以更详细地了解组织化学变化。”
缓慢而稳定纳米透析最重要的特点是 通过探头
泵送的流体流速超慢。
通过使流速比传统微透析慢 1,000 倍，该装置可以捕获从比传统技术小 1,000 倍的区域收集的组织的化学成分，同时保持 100% 的效率。
“通过大幅降低流速，化学物质可以扩散到探头中，以匹配组织外部的浓度，”弗拉索夫解释道。“想象一下，您正在用流动的水向管道中添加染料。如果流速太快，染料就会被稀释到难以检测的浓度。为了避免稀释，你需要将水几乎一直调低。”
硅制造和生产
标准微透析装置是使用玻璃探针和聚合物膜构建的，这使得它们成为小型化的挑战。为了构建适合纳米透析的设备，研究人员使用为电子芯片制造开发的技术来创建基于硅的设备。
“除了让我们变得更小之外，硅技术还使设备变得更便宜，”弗拉索夫说。“通过投入时间和精力来开发在硅上构建纳米器件的制造工艺，现在可以非常简单地以极低的成本在工业规模上制造它们。”
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