摘要：本文聚焦于細胞內電位記錄技術革新，引入可擴展納米陷阱這一創(chuàng)新手段以增強電穿孔下的電位監(jiān)測精度與穩(wěn)定性。開篇詳述研究背景，點明既有細胞內電位記錄方法在電穿孔情境中受限于膜穿孔效率、電位信號保真度等瓶頸。繼而闡述構建可擴展納米陷阱的材料、設計原理與制備流程，詳述利用該納米陷阱輔助電穿孔開展細胞內電位記錄的實驗設計，涵蓋對多種細胞系測試、不同電穿孔參數(shù)優(yōu)化。實驗結果證實納米陷阱顯著提升穿孔效率、降低細胞損傷，獲取的細胞內電位信號穩(wěn)定性與分辨率得以飛躍，為神經電生理、藥物篩選等多領域提供高精準電位數(shù)據(jù)支撐，有望重塑細胞電生理研究范式。

細胞作為生命基本單元，其內部電活動是眾多生理進程 “密碼"，像神經沖動傳導、心肌節(jié)律跳動皆扎根于細胞內電位動態(tài)變化。電穿孔作為常用操控細胞手段，借短暫高強電場脈沖促使細胞膜形成微孔，助力外源物質導入或細胞內信號監(jiān)測，于基因治療、藥物遞送等領域舉足輕重。然傳統(tǒng)電穿孔用于細胞內電位記錄時，面臨諸多困境：一方面，電穿孔效率難控，過高電場損細胞、過低則微孔不足、物質進出受限；另一方面，穿孔瞬間引發(fā)的膜電容、電阻改變干擾電位信號，致記錄精度打折、基線漂移，難以捕捉微弱且瞬息萬變電位信息。

為攻克這些壁壘，本文原創(chuàng)性提出可擴展納米陷阱策略。此納米陷阱宛如微觀 “精密儀器"，巧借納米材料更好理化與電學屬性，與細胞膜可控交互，在電穿孔位點精準 “布局"，強化穿孔穩(wěn)定性、優(yōu)化電位記錄環(huán)境，恰似為細胞內電位監(jiān)測打開一扇 “高清之窗"，助力深挖細胞電生理奧秘，滿足基礎科研與臨床應用對精準電位數(shù)據(jù)剛需。

經反復篩選，選定兼具良好生物相容性、高導電性與可修飾性的碳納米管（CNT）及金納米顆粒（AuNP）為核心構建材料。CNT 更好管狀結構賦予其優(yōu)異電學傳導效能，恰似納米級 “電線"，能高效疏導電流、分散電場，削減局部電應力集中以防細胞過度損傷；AuNP 尺寸精準可控、表面易修飾功能基團，借化學偶聯(lián)錨定生物活性分子，實現(xiàn)與細胞膜靶向黏附，且其等離子共振特性助于微調局部電磁場，協(xié)同 CNT 優(yōu)化電穿孔電學微環(huán)境。

納米陷阱設計呈三維網狀架構，以 CNT 為 “骨架" 縱橫交錯編織，構建穩(wěn)固支撐與導電通路；AuNP 則像 “智能節(jié)點" 均勻鑲嵌其中，部分 AuNP 表面修飾適配體、肽段等靶向配體，可特異性識別細胞膜受體，確保納米陷阱精準 “定位" 電穿孔預期區(qū)域。此結構設計精妙處在于電穿孔時，能依電場變化動態(tài) “擴展"——CNT 舒展、AuNP 重排，靈活適配細胞膜形變，穩(wěn)固微孔、緩沖電沖擊，全程護航電位信號采集。

制備起始，運用化學氣相沉積法精準合成高純度、管徑均一 CNT，經強酸氧化處理引入羧基等活性基團增其水溶性與化學活性；再借濕化學還原法制備粒徑可控 AuNP，借巰基 - 金鍵將靶向配體牢固錨定。隨后，在超聲輔助下，依預設比例于緩沖溶液混合 CNT 與 AuNP，利用靜電吸附、共價交聯(lián)促使二者有序組裝，經透析、離心純化，獲取分散均勻、結構規(guī)整納米陷阱溶液，冷凍干燥成粉末便于儲存，用時按需復溶、精準定量添加至細胞實驗體系。

選用神經細胞系（SH - SY5Y）、心肌細胞系（H9c2）及常見腫瘤細胞系（HeLa）為研究對象，依各自標準培養(yǎng)條件（溫度 37°C、5% CO?、特定培養(yǎng)基）傳代培養(yǎng)，確保細胞活力超 90%。實驗前，胰蛋白酶消化收集細胞，重懸于含納米陷阱（設置多濃度梯度：0 μg/mL、10 μg/mL、20 μg/mL、50 μg/mL）的電穿孔緩沖液，孵育 30 分鐘促納米陷阱與細胞膜充分作用，設未加納米陷阱對照組。

采用方形波電穿孔儀，電極間距固定 4 mm，以電壓（50 V - 500 V）、脈沖時長（10 μs - 100 μs）、脈沖次數(shù)（1 - 10 次）為變量設計多參數(shù)組合。將含細胞與納米陷阱懸液移至電穿孔 cuvette，冰浴降代謝、穩(wěn)細胞狀態(tài)，按設定參數(shù)施電脈沖，電穿孔結束迅速轉移至 37°C 孵育箱復溫、恢復 10 - 15 分鐘，期間監(jiān)測細胞形態(tài)、活力變化。

運用膜片鉗技術，拉制玻璃微電極（阻抗 3 - 5 MΩ），內充高鉀電極液，經微操縱器輕觸電穿孔處理細胞表面，形成高阻封接（千兆歐級）后破膜，切換至全細胞記錄模式。以 Axonpatch 放大器采集電位信號，10 kHz 采樣率、0.1 - 10 kHz 濾波帶寬，記錄靜息電位、動作電位波形、幅值及時程等參數(shù)，每樣本重復記錄 5 - 10 次求均值，對比不同組別電位信號質量、穩(wěn)定性差異。

通過熒光顯微鏡觀測電穿孔導入熒光素鈉（標記外源分子）的細胞占比評估效率。數(shù)據(jù)顯示，添加納米陷阱組電穿孔效率顯著提升，如在 200 V、50 μs、3 次脈沖條件下，SH - SY5Y 細胞對照組電穿孔效率 35%，20 μg/mL 納米陷阱組達 65%，且各細胞系趨勢一致，表明納米陷阱有效助力細胞膜穿孔形成、維持，利于物質進出。

采用 MTT 法測細胞代謝活性表征活力，結果表明合理參數(shù)電穿孔下，納米陷阱未加劇細胞損傷，部分濃度（10 - 20 μg/mL）甚至略提升細胞活力，歸因于其緩沖電場、穩(wěn)細胞膜作用，降低電穿孔應激損傷，維持細胞正常生理機能。

對比電位信號參數(shù)，納米陷阱組靜息電位穩(wěn)定性提升，基線漂移減少約 40%（H9c2 細胞為例）；動作電位幅值更接近生理真實值，誤差從對照組平均 20% 縮至 5% 內，且波形銳度增強、時程分辨率達亞毫秒級，精準捕捉電位動態(tài)，神經細胞高頻放電細節(jié)清晰呈現(xiàn)，全方面彰顯納米陷阱在優(yōu)化電穿孔電位記錄 “優(yōu)異效能"。

本研究原創(chuàng)的可擴展納米陷阱為電穿孔細胞內電位記錄辟新徑，從材料、設計到實驗證實在多層面突破傳統(tǒng)局限。于材料協(xié)同上，CNT 與 AuNP “優(yōu)勢互補"，編織電學 “安全網"；結構動態(tài)擴展契合電穿孔復雜物理進程，穩(wěn)固穿孔、凈化信號干擾。實驗證實對不同細胞普適有效，在電生理基礎研究，可深挖神經元信號編碼、心肌興奮傳導機制；臨床前藥物篩選，借精準電位監(jiān)測洞察藥物心臟毒性、神經副作用，加速安全高效藥物研發(fā)，后續(xù)將聚焦納米陷阱規(guī)模化制備、體內原位應用優(yōu)化，推動細胞電生理監(jiān)測向臨床診療轉化，解鎖更多生命電活動 “密碼"。