探索金刚石纳米针阵列：制备及其在生物医学工程中的新兴应用

近年来，金刚石纳米材料因其独特的物理和化学性质而引起了人们的极大兴趣。其卓越的机械强度、化学稳定性、生物相容性和高导热性使其成为广泛生物医学应用的理想候选者。各种形式，包括纳米金刚石、金刚石纳米薄膜和金刚石纳米针阵列（DNNA），已经被制造和使用，表现出显著的稳定性和低细胞毒性。特别是，高纵横比和高密度DNNA因其机械坚固性、化学稳定性和良好锻造的生物纳米界面的独特组合，在活细胞操纵和分析方面展现出巨大的潜力。另一方面，金刚石材料的化学稳定性使得制备和功能化具有挑战性，这可以通过更广泛的应用来改进。最近的研究工作集中在金刚石纳米针制造技术的开发和优化上，旨在实现对几何形状和阵列布局的精确控制，并增强其在靶向药物递送、细胞操纵和生物传感应用中的功能化。该领域的一个显著突破是通过创新的制造工艺成功合成了有序的DNNA，例如结合自上而下和自下而上的方法。这些努力显著提高了所得纳米针结构的均匀性、可重复性和可扩展性。 利用其独特的结构，金刚石纳米针阵列已成为各种生物医学应用的新型多功能平台。通过表面的化学修饰和生物功能化，DNNA提供了一种独特的生物界面，能够穿透细胞内部并分析细胞内分子，而不会损害细胞的完整性。此外，这些纳米针的纳米级分布使DNNA能够以空间分辨率从生物样本中收集异质信息。因此，DNNA已在多个领域得到有效利用，从靶向药物递送到高度敏感和选择性的生物传感。 在本次演讲中，我们介绍了我们在利用偏压辅助等离子体蚀刻制造高纵横比DNNA方面的持续努力，该DNNA随后被功能化和集成为各种生物医学应用的通用平台技术。摘要首先阐明了偏压辅助等离子体蚀刻DNNA制造的工作原理，然后展示了许多生物医学应用。具体来说，我们展示了DNNA在活细胞操作中的出色性能，特别是在跨多种细胞类型的高效细胞内递送、活细胞中的高通量细胞内分子追踪以及疾病模型中的时空转录组图谱绘制方面。在结论部分，我们总结了尚未解决的挑战，并讨论了DNNA促进的未来潜在应用。我们强调在这一领域继续研究和创新的重要性，以进一步释放DNNA在生物医学工程及其他领域的变革潜力。

用于高通量细胞内递送的金刚石纳米针阵列

在细胞生物学研究以及基因和细胞治疗中，将外来物质和分子引入活细胞具有重要意义。细胞内递送的主要障碍是穿过细胞膜。为了克服这一点，已经开发了各种各样的生物、化学和物理方法。在这里，我介绍了我们利用金刚石纳米针阵列促进荧光探针、药物、纳米粒子和基因的高效和高通量细胞内递送的工作。特别是，该技术已被证明能够在神经元中实现极高的转染效率（约45%对商业转染方法的约1-5%）。除了应用，这项技术的生物效应也得到了研究。预计这项技术将在基础细胞生物学研究和一系列临床应用中非常有用。