细胞作为生命基本单元，其内部电活动是众多生理进程 “密码”，像神经冲动传导、心肌节律跳动皆扎根于细胞内电位动态变化。电穿孔作为常用操控细胞手段，借短暂高强电场脉冲促使细胞膜形成微孔，助力外源物质导入或细胞内信号监测，于基因治疗、药物递送等领域举足轻重。然传统电穿孔用于细胞内电位记录时，面临诸多困境：一方面，电穿孔效率难控，过高电场损细胞、过低则微孔不足、物质进出受限；另一方面，穿孔瞬间引发的膜电容、电阻改变干扰电位信号，致记录精度打折、基线漂移，难以捕捉微弱且瞬息万变电位信息。
为攻克这些壁垒，本文原创性提出可扩展纳米陷阱策略。此纳米陷阱宛如微观 “精密仪器”，巧借纳米材料独特理化与电学属性，与细胞膜可控交互，在电穿孔位点精准 “布局”，强化穿孔稳定性、优化电位记录环境，恰似为细胞内电位监测打开一扇 “高清之窗”，助力深挖细胞电生理奥秘，满足基础科研与临床应用对精准电位数据刚需。
经反复筛选，选定兼具良好生物相容性、高导电性与可修饰性的碳纳米管（CNT）及金纳米颗粒（AuNP）为核心构建材料。CNT 独特管状结构赋予其卓越电学传导效能，恰似纳米级 “电线”，能高效疏导电流、分散电场，削减局部电应力集中以防细胞过度损伤；AuNP 尺寸精准可控、表面易修饰功能基团，借化学偶联锚定生物活性分子，实现与细胞膜靶向黏附，且其等离子共振特性助于微调局部电磁场，协同 CNT 优化电穿孔电学微环境。
纳米陷阱设计呈三维网状架构，以 CNT 为 “骨架” 纵横交错编织，构建稳固支撑与导电通路；AuNP 则像 “智能节点” 均匀镶嵌其中，部分 AuNP 表面修饰适配体、肽段等靶向配体，可特异性识别细胞膜受体，确保纳米陷阱精准 “定位” 电穿孔预期区域。此结构设计精妙处在于电穿孔时，能依电场变化动态 “扩展”——CNT 舒展、AuNP 重排，灵活适配细胞膜形变，稳固微孔、缓冲电冲击，全程护航电位信号采集。
制备起始，运用化学气相沉积法精准合成高纯度、管径均一 CNT，经强酸氧化处理引入羧基等活性基团增其水溶性与化学活性；再借湿化学还原法制备粒径可控 AuNP，借巯基 - 金键将靶向配体牢固锚定。随后，在超声辅助下，依预设比例于缓冲溶液混合 CNT 与 AuNP，利用静电吸附、共价交联促使二者有序组装，经透析、离心纯化，获取分散均匀、结构规整纳米陷阱溶液，冷冻干燥成粉末便于储存，用时按需复溶、精准定量添加至细胞实验体系。
选用神经细胞系（SH - SY5Y）、心肌细胞系（H9c2）及常见肿瘤细胞系（HeLa）为研究对象，依各自标准培养条件（温度 37°C、5% CO₂、特定培养基）传代培养，确保细胞活力超 90%。实验前，胰蛋白酶消化收集细胞，重悬于含纳米陷阱（设置多浓度梯度：0 μg/mL、10 μg/mL、20 μg/mL、50 μg/mL）的电穿孔缓冲液，孵育 30 分钟促纳米陷阱与细胞膜充分作用，设未加纳米陷阱对照组。
采用方形波电穿孔仪，电极间距固定 4 mm，以电压（50 V - 500 V）、脉冲时长（10 μs - 100 μs）、脉冲次数（1 - 10 次）为变量设计多参数组合。将含细胞与纳米陷阱悬液移至电穿孔 cuvette，冰浴降代谢、稳细胞状态，按设定参数施电脉冲，电穿孔结束迅速转移至 37°C 孵育箱复温、恢复 10 - 15 分钟，期间监测细胞形态、活力变化。
运用膜片钳技术，拉制玻璃微电极（阻抗 3 - 5 MΩ），内充高钾电极液，经微操纵器轻触电穿孔处理细胞表面，形成高阻封接（千兆欧级）后破膜，切换至全细胞记录模式。以 Axonpatch 放大器采集电位信号，10 kHz 采样率、0.1 - 10 kHz 滤波带宽，记录静息电位、动作电位波形、幅值及时程等参数，每样本重复记录 5 - 10 次求均值，对比不同组别电位信号质量、稳定性差异。
通过荧光显微镜观测电穿孔导入荧光素钠（标记外源分子）的细胞占比评估效率。数据显示，添加纳米陷阱组电穿孔效率显著提升，如在 200 V、50 μs、3 次脉冲条件下，SH - SY5Y 细胞对照组电穿孔效率 35%，20 μg/mL 纳米陷阱组达 65%，且各细胞系趋势一致，表明纳米陷阱有效助力细胞膜穿孔形成、维持，利于物质进出。
采用 MTT 法测细胞代谢活性表征活力，结果表明合理参数电穿孔下，纳米陷阱未加剧细胞损伤，部分浓度（10 - 20 μg/mL）甚至略提升细胞活力，归因于其缓冲电场、稳细胞膜作用，降低电穿孔应激损伤，维持细胞正常生理机能。
对比电位信号参数，纳米陷阱组静息电位稳定性提升，基线漂移减少约 40%（H9c2 细胞为例）；动作电位幅值更接近生理真实值，误差从对照组平均 20% 缩至 5% 内，且波形锐度增强、时程分辨率达亚毫秒级，精准捕捉电位动态，神经细胞高频放电细节清晰呈现，全方位彰显纳米陷阱在优化电穿孔电位记录 “卓越效能”。
本研究原创的可扩展纳米陷阱为电穿孔细胞内电位记录辟新径，从材料、设计到实验证实在多层面突破传统局限。于材料协同上，CNT 与 AuNP “优势互补”，编织电学 “安全网”；结构动态扩展契合电穿孔复杂物理进程，稳固穿孔、净化信号干扰。实验证实对不同细胞普适有效，在电生理基础研究，可深挖神经元信号编码、心肌兴奋传导机制；临床前药物筛选，借精准电位监测洞察药物心脏毒性、神经副作用，加速安全高效药物研发，后续将聚焦纳米陷阱规模化制备、体内原位应用优化，推动细胞电生理监测向临床诊疗转化，解锁更多生命电活动 “密码”。
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