Three-dimensional transistor arrays for intra- and inter-cellular recording

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作者
Yue Gu,Chunfeng Wang,Nam-Heon Kim,Jingxin Zhang,Tsui‐Min Wang,Jennifer Stowe,Rohollah Nasiri,Jinfeng Li,Daibo Zhang,Albert Yang,Leo Huan-Hsuan Hsu,Xiaochuan Dai,Jing Mu,Zheyuan Liu,Muyang Lin,Weixin Li,Chonghe Wang,Hua Gong,Yimu Chen,Yusheng Lei
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:17 (3): 292-300 被引量:71
标识
DOI:10.1038/s41565-021-01040-w
摘要

Electrical impulse generation and its conduction within cells or cellular networks are the cornerstone of electrophysiology. However, the advancement of the field is limited by sensing accuracy and the scalability of current recording technologies. Here we describe a scalable platform that enables accurate recording of transmembrane potentials in electrogenic cells. The platform employs a three-dimensional high-performance field-effect transistor array for minimally invasive cellular interfacing that produces faithful recordings, as validated by the gold standard patch clamp. Leveraging the high spatial and temporal resolutions of the field-effect transistors, we measured the intracellular signal conduction velocity of a cardiomyocyte to be 0.182 m s−1, which is about five times the intercellular velocity. We also demonstrate intracellular recordings in cardiac muscle tissue constructs and reveal the signal conduction paths. This platform could provide new capabilities in probing the electrical behaviours of single cells and cellular networks, which carries broad implications for understanding cellular physiology, pathology and cell–cell interactions. A three-dimensional field-effect transistor array produced via compressive buckling enables accurate and minimally invasive intra- and intercellular recordings in cells and cellular networks.
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