Il s'agit d'un schéma à l'échelle d'un capteur électronique à nanofils coudés sondant la région intracellulaire d'une cellule. Le dispositif à deux bornes a une structure tridimensionnelle et flexible avec l'élément de transistor nanométrique clé intégré de manière synthétique à la pointe de la nanostructure de nanofil à angle aigu. Des nanosondes 3D modifiées avec des bicouches phospholipidiques pénètrent dans des cellules individuelles de manière peu invasive pour permettre un enregistrement robuste du potentiel intracellulaire. Crédit :Avec l'aimable autorisation de Charles Lieber, Université de Harvard.
Des chimistes et des ingénieurs de l'Université Harvard ont transformé des nanofils en un nouveau type de transistor en forme de V suffisamment petit pour être utilisé pour le sondage sensible de l'intérieur des cellules.
Le nouvel appareil, décrit cette semaine dans le journal Science , est plus petit que de nombreux virus et environ un centième de la largeur des sondes maintenant utilisées pour prendre des mesures cellulaires, qui peut être presque aussi grand que les cellules elles-mêmes. Son élancement est une nette amélioration par rapport à ces sondes plus volumineuses, qui peuvent endommager les cellules lors de l'insertion, réduire l'exactitude ou la fiabilité des données obtenues.
"Notre utilisation de ces transistors à effet de champ à l'échelle nanométrique, ou nanoFET, représente la première approche totalement nouvelle des études intracellulaires depuis des décennies, ainsi que la première mesure de l'intérieur d'une cellule avec un dispositif semi-conducteur, " dit l'auteur principal Charles M. Lieber, le Mark Hyman, Jr. Professeur de chimie à Harvard. "Les nanoFET sont le premier nouvel outil de mesure électrique pour les études intracellulaires depuis les années 1960, période pendant laquelle l'électronique a considérablement progressé."
Cela montre la livraison d'un capteur à transistor nanométrique à deux bornes dans des cellules individuelles. Le dispositif a une structure tridimensionnelle et flexible avec l'élément de transistor à effet de champ à l'échelle nanométrique clé intégré de manière synthétique à la pointe de la nanostructure de nanofil à angle aigu. Des nanosondes 3D modifiées avec des bicouches phospholipidiques pénètrent dans des cellules individuelles de manière peu invasive pour permettre un enregistrement robuste du potentiel intracellulaire. Crédit :Avec l'aimable autorisation de Charles Lieber, Université de Harvard.
Lieber et ses collègues disent que les nanoFET pourraient être utilisés pour mesurer le flux ionique ou les signaux électriques dans les cellules, en particulier les neurones. Les dispositifs pourraient également être équipés de récepteurs ou de ligands pour sonder la présence de produits biochimiques individuels dans une cellule.
La taille des cellules humaines peut aller d'environ 10 microns (millionièmes de mètre) pour les cellules nerveuses à 50 microns pour les cellules cardiaques. Alors que les sondes actuelles mesurent jusqu'à 5 microns de diamètre, Les nanoFET sont plus petits de plusieurs ordres de grandeur :moins de 50 nanomètres (milliardièmes de mètre) en taille totale, avec la sonde nanofil elle-même mesurant seulement 15 nanomètres de diamètre.
Il s'agit d'une image optique d'une nanosonde nanofilaire à deux bornes internalisée par une seule cellule. Le dispositif a une structure tridimensionnelle et flexible avec l'élément de transistor à effet de champ à l'échelle nanométrique clé intégré de manière synthétique à la pointe de la nanostructure de nanofil à angle aigu. Des nanosondes 3D modifiées avec des bicouches phospholipidiques pénètrent dans des cellules individuelles de manière peu invasive pour permettre un enregistrement robuste du potentiel intracellulaire. Crédit :Avec l'aimable autorisation de Charles Lieber, Université de Harvard
Outre leur petite taille, deux caractéristiques permettent une insertion facile des nanoFET dans les cellules. D'abord, Lieber et ses collègues ont découvert qu'en recouvrant les structures d'une bicouche de phospholipides - le même matériau que les membranes cellulaires - les dispositifs sont facilement tirés dans une cellule par fusion membranaire, un processus lié à celui utilisé pour engloutir les virus et les bactéries.
"Cela élimine le besoin de pousser les nanoFET dans une cellule, puisqu'ils sont essentiellement fusionnés avec la membrane cellulaire par la propre machinerie de la cellule, " dit Lieber. " Cela signifie également que l'insertion de nanoFET n'est pas aussi traumatisante pour la cellule que les sondes électriques actuelles. Nous avons constaté que les nanoFET peuvent être insérés et retirés d'une cellule plusieurs fois sans aucun dommage discernable pour la cellule. Nous pouvons même les utiliser pour mesurer en continu lorsque l'appareil entre et sort de la cellule. »
Deuxièmement, l'article actuel s'appuie sur les travaux antérieurs du groupe de Lieber pour introduire des "stéréocentres" triangulaires - essentiellement, joints fixes à 120º - en nanofils, structures qui étaient auparavant rigidement linéaires. Ces stéréocentres, analogue aux centres chimiques trouvés dans de nombreuses molécules organiques complexes, introduire des nœuds dans les nanostructures 1-D, les transformer en des formes plus complexes.
Lieber et ses co-auteurs ont découvert que l'introduction de deux angles de 120º dans un nanofil dans la bonne orientation cis crée un seul angle de 60º en forme de V, parfait pour un nanoFET à deux volets avec un capteur à la pointe du V. Les deux bras peuvent ensuite être connectés à des fils pour créer un courant à travers le transistor nanométrique.
