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。

研究小组开发用于脑化学分析的纳米级装置

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。ACSNano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(YuriiVlasov)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它们。”

从微透析到纳米透析

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，以及更快的读出时间，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针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，您正在向流动的水管中添加染料。如果水流太快，染料就会被稀释到难以检测的浓度。为了避免稀释，您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。”

伊利诺伊大学生物工程学教授兼格兰杰工程学院院长拉希德·巴希尔(RashidBashir)共同领导了该项目。