佐治亚理工学院的研究人员设计出了一种细胞接口阵列，该阵列使用低成本电子产品可以实时测量细胞的特性和反应。这种技术可以更迅速、更全面地测定更多潜在药物的药效和毒性作用。该校电气与计算机工程学院副教授Hua Wang对这项技术的描述是“可以帮助我们做到大海捞针的技术”。
药品公司采用以细胞为基础的试验——将活细胞和传感器电子产品组合在一起——来测量细胞内发生的生理变化。数据可在研发药品过程中用于高通量筛选（HTS）。在研发药物的早期阶段，目标是要确定目标途径并研发出有前景的化合物，以及通过测量细胞对每种化合物的生理反应来去除掉无效或具有毒性的物质。针对数千种备选化合物所实施的表型测试会在早期筛选掉大多数早期失效的化合物，因为临床试验中若出现药物失效会造成巨大成本损失，所以只有那些最有希望的化合物才可以被研发成药物，进入临床试验。然而，现在大多数以细胞为基础的试验所使用的电子传感器只能一次测定一种生理特性，而且无法获取整体细胞反应。
这正是新型传感平台可以发挥作用之处。Wang说：“该技术的创新之处就在于我们可以利用纳米电子技术的先进性创建出具有大规模平行像素的细胞接口平台。在每个像素内，我们可以同时检测同一组细胞的多个生理参数。”
实验四模式芯片的特征是细胞外、细胞内电位记录，光学检测，细胞阻抗测量和双相电流激励。
Wang表示，与现有平台相比，新技术具有4种优势：
1.多模式传感：因为芯片可以记录同一个细胞样品的多个参数，所以研究人员能够用这种技术对复杂细胞反应进行全面监控，同时还可以发现这些参数之间的联系，并研究细胞接触到药品以后会共同做出何种反应。
2.宽广的视野：研究人员可以利用这个平台检测总量更多的细胞在组织层级上会集体做出哪些反应。
3.较小的空间分辨率：研究人员可以在组织层级观察细胞，在单细胞或亚细胞分辨率下进行检查。
4.低成本平台：新型阵列平台是根据标准的互补金属氧化物半导体（CMOS）技术建成的（这种技术也应用于生产计算机芯片），可以轻松扩展为大规模生产。
儿科生物工程学科的Urowsky-Sahr学者Hee Cheol Cho副教授与Wang的团队密切合作，他管理的心脏再生实验室隶属于佐治亚理工学院和埃默里大学生物医疗工程学院Wallace Coulter 系。他们使用新生幼鼠的心室肌细胞和心脏成纤维细胞来解释该阵列在进行药物筛选时所展现出的多参数细胞形态分析能力。该技术的成果已经在英国皇家化学学会主办的《芯片实验室》期刊上发表。
Wang实验室博士后研究员、本研究论文的主要作者Jong Seok Park表示，监控细胞在多个物理领域的反应和整体多参数细胞的分析有利于筛查出那些会伤害特定器官的化合物。市面上出现过很多起药品召回事件，例如发现药品对心脏或肝脏会产生毒性作用等等。这个平台可以让研究人员在药品研发初期更加全面地测试化合物是否会对器官产生毒性或其他副作用。
实验性芯片也可用于其他应用，其中包括定制化药物（例如，测试某个特定患者的癌细胞）。Wang说：“即使是使用同一类药品，患者之间也会存在很大差异。””细胞接口阵列还可用于观察现有药物的哪种组合可以产生最佳反应，从而找到最优用药剂量可以在对健康细胞具有最小毒性下产生最大的药效。
该芯片既可以驱动也可以传感。Wang表示，未来芯片所产生的细胞数据可以上传和处理，在此基础上，新的驱动命令或数据获取命令可以通过无线的方式自动发送到芯片上。他对未来的设想是：自动化工厂中会有多个房间放置了培养室，上面连接着几百万个芯片，他说：“这种配置可以自动为我们选择新药物。”
除了这些应用，Wang还注意到了这项研究本身的科学价值。集成电路和纳米电子产品是人类所创造出的两项最复杂的技术平台。另一方面来看，活细胞是通过几十亿年的自然选择和进化所生成的复杂产物。
他说：“我们研究的核心主题就是如何将自然创造的最佳平台与人类创造的最佳平台结合起来。我们是否能够结合这两者生成一种既能超越生物学又超越电子学的混合系统？我们试图解决的基本科学问题就是如何让无机电子产品与有机活细胞更好地衔接在一起。“”
参与三个相关研究的研究人员还有：来自佐治亚理工学院电子与计算机工程分院的Doohwan Jung，Adam Wang，Taiyun Chi，Sensen Li和Moez K. Aziz；来自埃默里大学生物医学工程系的Sandra I. Grijalva 和Michael N. Sayegh。
该研究的部分资金来自国家科学基金会职业奖和ECCS CCSS计划，国家科学基金会研究生科研奖学金（拨款号：DGE-1148903和DGE-1650044），海军研究所，半导体研究公司SSB发展路线图联盟。
照片：根据标准的CMOS技术，细胞传感阵列芯片采用标准35-mm无底盘培养皿来放置细胞，并让细胞接触传感表面。（来源：佐治亚理工学院）
