一战战斗机机枪与螺旋桨同步机制启发癌症治疗新突破

一种新型装置可以比以前更精确地控制细胞的环境酸碱度。马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员受第一次世界大战战斗机同步机制的启发，开发出一种创新技术。 这一突破可以精确、实时地控制细胞环境中的pH值，从而影响细胞的行为。

《纳米快报》（Nano Letters）详细介绍了这项研究，它为开发新型癌症和心脏病疗法以及推进组织工程领域的发展提供了令人兴奋的可能性。

马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员受第一次世界大战飞机的启发，创建了一种精确的 pH 值调节装置，从而对细胞行为有了新的认识，并将其应用于医学和组织工程领域。 资料来源：Jinglei Ping，马萨诸塞大学阿默斯特分校

"每个细胞都对 pH 值有反应，"该研究的通讯作者、马萨诸塞大学阿默斯特分校机械与工业工程系副教授 Jinglei Ping 解释说。"细胞的行为和功能在很大程度上受到 pH 值的影响。 当 pH 值达到一定水平时，一些细胞会失去活力，而对于某些细胞来说，pH 值会改变它们的生理特性。"以前的工作已经证明，小到 0.1 个 pH 单位的 pH 值变化都会对细胞产生重大的生理影响。"

然而，研究pH值变化的直接影响一直是个挑战，因为现有的改变细胞环境的方法很慢，而且依赖于扩散。Ping说："特定细胞如何对pH值变化做出实时反应--这还是个未知数。"

人们已经确定可以用微电极来调节 pH 值，这为设计提供了最初的手段，但在测量 pH 值变化的同时，又遇到了新的障碍：用于测量 pH 值的 石墨烯晶体管对来自 pH 值调节微电极的电流也很敏感。因此，测量的电流并不特定于pH值。

这就是 Ping 从战斗机机枪和螺旋桨同步中获得灵感的地方。 在战斗机上，机枪位于螺旋桨后面。 飞机需要在不击中螺旋桨的情况下发射子弹。 解决的办法是让机枪与螺旋桨同步，这样只有在对准移动较慢的螺旋桨叶片之间的空隙时，快速射击的机枪才会开火。

平的团队通过短暂关闭改变 pH 值的电流，创造了一个类似的间隙。 这个毫秒长的间隙足够大，晶体管可以在不受微电极电流干扰的情况下准确记录 pH 值，但又足够小，pH 值没有时间恢复正常。

他们的设备能够以 0.1 个 pH 单位的分辨率来控制 pH 值，远远超过了之前只能达到 0.6 个 pH 单位的基于电极的尝试。

他们在细菌和心脏细胞上测试了他们的装置。 他们发现，随着环境变得更加基本，细菌（枯草杆菌）的运动会减少。 与传统方法相比，新方法更加高效。 它只需要一个样本，在大约九分钟内就能采集到九个数据点，而传统方法需要两个小时才能采集到 13 个数据点，每个数据点都需要自己的样本。

他们还发现，当环境的pH值从中性（7）降低到酸性（约4）时，心肌细胞的心跳频率增加了一倍，这凸显了该设备的潜力，它可以促进科学界对代谢性酸中毒（当人体酸性过高时）与心动过速（一种心脏跳动过快的情况）之间关系的理解，并解决心脏病治疗方面的重要问题。

Ping说："它打开了一扇门，解决了一个技术问题，也给科学家们带来了很多假设问题。我不会说我们已经解决了这些长期问题中的任何一个，但我们提供了一个解决这些问题的工具"。

这项技术可以应用于生物电子学、组织工程、肿瘤治疗和再生医学。

编译自/scitechdaily