使用RFID技術，讓芯片植入細胞不是夢

　　一項新的研究發(fā)現，小到可以放入細胞中的電子芯片能夠幫助科學家實時跟蹤和監(jiān)視個體細胞的行為。研究者表示，這些獨立的裝置能夠幫助我們分析從個體細胞發(fā)源的疾病。

　　這種新型的電子設備就是微型射頻識別(RFID)標簽(以下統稱“RFID標簽”)，它們的本質是一種可以從遠處識別的條形碼。

　　RFID標簽通常包含一個微型芯片和一個連接其上的天線。在它的附近會有一個可以向其發(fā)射電磁信號的讀取器(一般被稱為收發(fā)器)，然后RFID標簽可以根據自己儲存的數據，例如它的身份、生產日期、地點和儲存處理方法等，對讀取器做出響應。許多RFID標簽沒有不內置電池，相反它們依賴讀取器所發(fā)射的信號中的能量來傳輸信息。

　　時至今日，RFID標簽已經在鑰匙卡、收費通行證、圖書館書籍和許多其他物品中得以應用。但是，典型的RFID標簽的尺寸介乎毫米到厘米之間。相比之下，這些新興的RFID標簽的大小只有22微米，大約是人類頭發(fā)平均直徑的五分之一。在7月26日上線的《應用物理評論》(Physical Review Applied)中，研究人員詳細報道了這一研究。他們表示，這使得它們(新興的RFID標簽)成為了已知最小的RFID標簽。

　　RFID標簽也應用在酒店房卡的開門系統上。

　　制造材料

　　這種新興的RFID標簽由兩個金屬層制成，一層由5 nm厚的鈦膜和200 nm厚的金膜構成，另一層由1000 nm寬的鋁層構成，兩層之間夾了16 nm厚的二氧化鉿絕緣層。

　　八邊形設計

　　每個標簽的形狀都是八邊形。研究的主要作者，加州斯坦福大學的胡曉琳(Jasmine Xiaolin Hu)表示，八邊形是最接近圓形的形狀，而圓形則是能夠與來自讀取器的電磁場互動的最佳形狀。最終，這個器件會以二氧化硅(和沙子的材質相同)完全封裝來保證其生物應用的安全性。

　　我們甚至可以利用圓形來畫出八角形。

　　功能更強大

　　傳統的RFID讀取器僅使用一個天線與標簽通訊。而在新興的RFID讀取器上，研究人員使用了兩個天線，每個天線大約是新興RFID標簽直徑的兩倍。這樣的做法可以將標簽上的信號幅度增強10倍以上，并且在檢測上區(qū)分出“一個在復雜生物環(huán)境中移動的被標記的細胞”和“在幾微米外與讀取器失去連接的細胞”的分別。

　　胡曉琳說，盡管新興的RFID標簽仍然比許多細胞大，但它們能“應用在很多令人感興趣的細胞上”，例如小鼠體內的黑色素瘤細胞、人類體內的黑色素瘤細胞、乳腺癌細胞、結腸癌細胞和健康的結締組織細胞，這些都是研究人員發(fā)現的“令人感興趣的細胞”。

　　未來研究方向

　　研究人員計劃在幾微米范圍內監(jiān)視在微型硅橡膠通道中移動的被標記的活細胞。胡曉琳道，“傳感器和其他設備能夠與這些微型標簽結合來測量和展示很多事物，我們將實現此前從未有過的活細胞內的控制 。未來的研究還可以探索發(fā)展更小的標簽并找到持續(xù)跟蹤它們的方法。”

　　來自休斯頓衛(wèi)理公會研究所、未參與此項研究的生物工程師、系統生物學家史蒂芬·王(Stephen Wong)表示，“這是第一步我們在過程中不以探測、干擾細胞膜或破壞細胞的‘冒風險’方式向外界發(fā)送細胞的信號，它開啟了活細胞研究的全新世界。”

　　這項將電子器件內置于細胞內的能力，將能夠史無前例地幫助研究者理解并操縱細胞的行為。胡曉琳解釋，“多數疾病的過程發(fā)源于一個到幾個細胞的水平，但現在我們沒有技術來檢測人體中的個體細胞。如果能跟蹤和監(jiān)測個體細胞，也許就能在早期檢測到疾病，這樣就能盡早啟動治療，使治療變得更加有效。”

　　舉一個例子，一個細胞內的pH傳感器將能夠幫助測量其酸性。史蒂芬·王認為，“這體現了細胞的健康程度。此外，我們還可以測量葡萄糖來測量細胞代謝過程，以及細胞中許多其他分子。”

　　他還表示，未來的研究還應聚焦在擴展研究人員能掃描標簽的范圍，“目前無線接收器需要離細胞非常近才有用，然而這并不理想。當然，目前研究者所展示的已經是前進的很好一步了。”