施一公团队开发新型细胞芯片实验室，研究电磁信号对细胞的影响

　　近日，施一公院士团队在Bioelectrochemistry期刊上发表了一篇名为“A microfabricated lab-on-chip with three-dimensional electrodes for microscopic observation of bioelectromagnetic effects of cells”的研究论文。

　　在这篇论文中，施一公团队开发了一种生物相容性微尺度试验台，可以同时进行细胞显微观察和低频电磁刺激。该试验台被设计为超薄玻璃基底上的3D叉指电极。使用近似模型估算了包含细胞的电磁场试验台强度，然后将器件批量制造并组装到培养皿中。最后，使用完全组装的试验台原型机进行了生物电磁实验，并在孵育后通过显微镜观察细胞系。

　　如今，我们的生活环境中充斥着由手机、基站和无线路由器等电子设备产生的人工电磁信号。自20世纪50年代以来，人工电磁信号的功率通量密度急剧增长，达到了自然水平的1018倍。这引发了人们对这种电磁信号对公共健康潜在副作用的日益关注。

　　实际上，这种电磁信号的生物效应已经得到了深入的研究和报道。有令人信服的证据表明，可见光波段以外的电磁辐射可以导致动物行为和病理的变化。然而，这些电磁信号诱导的生物效应机制仍不完全清楚，需要进一步探索。

　　地球上生命的进化已经持续了超过30亿年，各种物种已经发展出感官系统或受体，以利用环境中各种形式的能量。来自宇宙的和地球上产生的电磁能在自然环境中是丰富的，其频率范围从1Hz以下扩展到1015Hz。可以合理推断，一些物种可能已经发展出某些对这些频率的电磁辐射有反应的生物过程。然而，我们目前对电磁引发的生物反应的知识仅限于那些在接近可见光的狭窄频率范围内(1014Hz)的电磁信号所激发的生物反应。

　　环境中最常见的自然电磁场之一是由闪电产生的电磁场，其频率以10 kHz左右为主。因此，在漫长的进化过程中，生物经常暴露于这种特定频率的电磁辐射中，并有可能发展出相应的反应机制。

　　在动物等复杂生物系统中，系统性的变化(例如报道的由电磁信号引起的生物学变化)，通常源于细胞对触发因素的反应。在这种情况下，体外细胞实验是研究这些变化的潜在机制的一种方便手段。

　　然而，目前市面上可用的细胞水平的实验系统大多与电磁刺激不兼容。研究人员通过将直流电刺激或窄带电磁信号(带宽最多只有几十赫兹的电磁波信号)集成到细胞培养仪器中，为基于细胞的实验定制了设置。但在这些实验中，电磁刺激的热效应或细胞与刺激电极直接接触的影响并没有被适当排除。

　　为了更好地研究电磁刺激的非热效应细胞反应，一个精心设计的细胞芯片实验室系统是必不可少的，它允许在没有电极污染或可检测到的温度干扰的情况下进行电磁刺激。

　　目前，可避免电极污染的细胞电磁刺激的商业化芯片实验室系统是医疗器械公司Novocure(著名的肿瘤电场治疗就是由该公司该发)开发的InovitroTM，它由用于细胞培养的陶瓷盘和固定在盘底的印刷电路板上的激发电极组成。然而，由于电极之间的距离较大(2厘米)，该系统实现的场强有限。此外，由于陶瓷盘不透明，该系统对细胞显微观察的兼容性也受到限制。

　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2023.108554

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文章名称： 施一公团队开发新型细胞芯片实验室，研究电磁信号对细胞的影响

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