一種新型裝置可以比以前更精確地控制細胞的環境酸鹼度。馬薩諸塞大學阿默斯特分校的研究人員受第一次世界大戰戰鬥機同步機制的啟發，開發出一種創新技術。 這項突破可以精確、即時地控制細胞環境中的pH值，進而影響細胞的行為。

《奈米快報》（Nano Letters）詳細介紹了這項研究，它為開發新型癌症和心臟病療法以及推進組織工程領域的發展提供了令人興奮的可能性。

馬薩諸塞大學阿默斯特分校的研究人員受第一次世界大戰飛機的啟發，創建了一種精確的pH 值調節裝置，從而對細胞行為有了新的認識，並將其應用於醫學和組織工程領域。 資料來源：Jinglei Ping，麻薩諸塞大學阿默斯特分校

“每個細胞都對pH 值有反應，”該研究的通訊作者、馬薩諸塞大學阿默斯特分校機械與工業工程系副教授Jinglei Ping 解釋說。 “細胞的行為和功能在很大程度上受到pH 值的影響。當pH 值達到一定水平時，一些細胞會失去活力，而對於某些細胞來說，pH 值會改變它們的生理特性。”以前的工作已經證明，小到0.1 個pH 單位的pH 值變化都會對細胞產生重大的生理影響。 “

然而，研究pH值變化的直接影響一直是個挑戰，因為現有的改變細胞環境的方法很慢，而且依賴擴散。 Ping說：”特定細胞如何對pH值變化做出即時反應–這還是個未知數。”

人們已經確定可以用微電極來調節pH 值，這為設計提供了最初的手段，但在測量pH 值變化的同時，又遇到了新的障礙：用於測量pH 值的石墨烯電晶體對來自pH 值調節微電極的電流也很敏感。因此，測量的電流並非特定於pH值。

這就是Ping 從戰鬥機機槍和螺旋槳同步中獲得靈感的地方。 在戰鬥機上，機槍位於螺旋槳後方。 飛機需要在不擊中螺旋槳的情況下發射子彈。 解決的方法是讓機槍與螺旋槳同步，這樣只有在對準移動較慢的螺旋槳葉片之間的空隙時，快速射擊的機槍才會開火。

平的團隊透過短暫關閉改變pH 值的電流，創造了一個類似的間隙。 這個毫秒長的間隙足夠大，電晶體可以在不受微電極電流幹擾的情況下準確記錄pH 值，但又足夠小，pH 值沒有時間恢復正常。

他們的設備能夠以0.1 個pH 單位的分辨率來控制pH 值，遠遠超過了之前只能達到0.6 個pH 單位的基於電極的嘗試。

他們在細菌和心臟細胞上測試了他們的裝置。 他們發現，隨著環境變得更加基本，細菌（枯草桿菌）的運動會減少。 與傳統方法相比，新方法更有效率。 它只需要一個樣本，大約九分鐘內就能收集到九個數據點，而傳統方法需要兩個小時才能收集到13 個數據點，每個數據點都需要自己的樣本。

他們還發現，當環境的pH值從中性（7）降低到酸性（約4）時，心肌細胞的心跳頻率增加了一倍，這凸顯了該設備的潛力，它可以促進科學界對代謝性酸中毒（當人體酸性過高時）與心動過速（一種心臟跳動過快的情況）之間關係的理解，並解決心臟病治療方面的重要問題。

Ping說：”它打開了一扇門，解決了一個技術問題，也給科學家們帶來了很多假設問題。我不會說我們已經解決了這些長期問題中的任何一個，但我們提供了一個解決這些問題的工具”。

這項技術可以應用於生物電子學、組織工程、腫瘤治療和再生醫學。

編譯自/ scitechdaily