最近，研究人员开发了一种使用 3D 晶体管的传感器，可以记录细胞之间发送的信号，以进一步了解人类对生物过程的理解。传感器在记录微宇宙时面临哪些挑战，研究人员开发了什么，以及如何将其用于改进未来的医学科学？

传感器在微宇宙中面临哪些挑战？

任何称职的工程师都了解在测量非常小的事物时所面临的众多挑战。大小与标称电压噪声相似的电压信号很难隔离。任何低于噪声阈值的信号都不能被可靠地确定。这同样适用于数字信号，例如模数转换器；最低有效位可能不可靠，这就是为什么大多数工程师只会取最高位的原因（例如，12 位 ADC 通常会用作 8 位 ADC）。

但难以测量的不仅仅是信号；即使是物理上很小的事情也可能被证明是非常复杂的。例如，由于分子的原子大小，研究人员仍然无法可靠地测量单个分子反应。这同样适用于细胞活动；探测大量组织并检测电信号非常容易，但试图在单个细胞上这样做是一项艰巨的任务。不仅细胞本身是微观的，而且它们产生的信号也是微乎其微的。

如果研究人员可以测量单个分子或细胞的活动，这将允许他们正确记录单个离散部分的行为，而不是一组部分的行为，从而正确理解该部分的工作原理。例如，观察单个氧分子与葡萄糖分子的反应可以揭示结合的物理过程。

研究人员开发了用于测量单个细胞活动的 3D 晶体管阵列

最近，加州大学的研究人员开发了一种由 3D 晶体管结构制成的新型传感器，可以测量单个细胞的电信号。参与该项目的研究人员之一顾悦博士使用了一种名为“弹出式”架构的技术，该技术是他在博士后研究期间开发的。该方法利用传统的洁净室微细加工来创建 3D 结构，该结构最初是 2D，然后可以扩展到 3D 设计。

细胞膜上的电势变化激活了 3D 晶体管的端子。细胞电活动的增加直接对应于电流的增加。晶体管阵列的使用允许测量同一细胞周围的不同电势，本质上是在细胞表面提供 3D 检测网格。

使用这种技术，开发了 3D 晶体管阵列来测量细胞产生的电信号。此外，它还可以测量跨细胞发送的信号，使研究人员能够探索离散细胞之间的信息传递。

这种传感器如何促进我们对蜂窝通信的理解？

通过研究心血管细胞的交流方式，研究人员可以开发出更好的心血管疾病治疗方法，并设计更好的设备来维持正常的心血管活动（例如智能起搏器）。此外，了解患者各个细胞之间的电学关系也可能有助于提供更好的饮食改变，从而改善心血管活动。

该研究的有希望的结果现在已经引导该团队探索其他细胞之间的细胞活动，包括大脑中的神经元。该团队还计划直接在体内使用他们的传感器，希望他们能够实时记录活组织中的活动。

但这对未来的可能性意味着什么？由于生物学的复杂性，很难准确预测如何使用它，但了解细胞如何交流可能会导致靶向癌症治疗和再生细胞生长的可能性。在癌症的情况下，在整个组织中发送和接收信号可以让身体通过发出细胞死亡的信号或发出身体攻击癌细胞的信号来靶向破坏癌细胞。

在再生细胞生长的情况下，已经证明电流可以刺激细胞修复损伤（例如骨骼）。因此，传感器技术可用于将电信号引导到受损区域。