电磁信号广泛应用于电子仪器和生物医学系统中，并可能对周围的人体产生影响。然而，电磁信号与生物结构的相互作用机制尚不清楚。

2023年8月28日，西湖大学施一公团队在Bioelectrochemistry 在线发表题为“A microfabricated lab-on-chip with three-dimensional electrodes for microscopic observation of bioelectromagnetic effects of cells”的研究论文，提出了一种微型制造的具有三维指间电极的低频电磁刺激芯片实验室，用于在显微镜下观察细胞系。

通过仿真估计了各频率下电极间的场强。在10 Vpp, 10 kHz输入信号的培养基中，电场强度达到4.45 Vrms/m。仿真结果表明，试验台的适用频率范围上限为3mhz。采用全晶圆微加工技术制作原型。对样机在20 Hz和30 MHz之间的阻抗进行了表征。将人细胞系HEK293T在实验台上培养24 h，显微镜下观察电极的生物相容性。该样机可用于细胞系的长期显微观察，研究电磁对生物结构的影响。用该模型进行了24小时的细胞培养实验，结果表明，10 kHz的电磁信号对细胞生长有明显的影响。

另外，2023年7月5日，西湖大学施一公团队在International Journal of Molecular Sciences 在线发表题为“Expression and Activity of the Transcription Factor CCAAT/Enhancer-Binding Protein β (C/EBPβ) Is Regulated by Specific Pulse-Modulated Radio Frequencies in Oligodendroglial Cells”的研究论文，该研究结果表明，射频EMR以波形和细胞类型依赖的方式调节C/EBPβ的表达和功能。

2023年4月29日，西湖大学施一公团队在Bioelectrochemistry 在线发表题为“Analysis of electromagnetic response of cells and lipid membranes using a model-free method ”的研究论文，该研究开发了一种无模型方法，用于分析细胞和脂质膜的电磁响应。该研究测量了细胞和脂质膜在20 Hz至4.35×1010Hz的EMR频率范围内的介电常数。为了识别显示物理直观介电常数特征的EMR频率，该研究开发了一种无模型方法，该方法依赖于直流（DC）电导率等于目标样品电导率的氯化钾参考溶液。介电常数反映了储存能量的能力，在105-106 Hz处显示出特征峰值。代表EMR吸收的介电损耗因子在107-109 Hz时显著增强。精细的特征受到这些膜结构的尺寸和组成的影响。机械破坏会导致这些特征的消除。105-106Hz的能量储存和107-109Hz的能量吸收增强可能会影响与细胞功能相关的某些膜活性（点击阅读）。

2021年8月3日，清华大学/西湖大学施一公团队在PNAS 在线发表题为“Specific electromagnetic radiation in the wireless signal range increases wakefulness in mice”的研究论文，该研究报告了无线范围 EMR 对小鼠睡眠的影响。 长时间暴露于由 100-Hz 方脉冲调制的 2.4-GHz EMR 在非热输出水平会导致小鼠清醒时间显著增加。这些小鼠显示相应减少的非快速眼动 (NREM) 和快速眼动 (REM) 时间。相比之下，在相同时间平均输出水平下长时间暴露于未调制的 2.4 GHz EMR 对小鼠睡眠几乎没有影响。这些观察结果将小鼠睡眠结构的改变确定为对长期无线范围 EMR 暴露的特定生理反应（点击阅读）。

在人类的日常生活环境中，手机、基站、无线路由器等电子设备发出的人造电磁(EM)信号比比皆是。自20世纪50年代以来，人造电磁信号的功率通量密度急剧增长，已达到自然水平的1018倍，引起人们越来越关注这种电磁信号对公众健康的副作用风险。因此，此类电磁信号的生物学效应已被广泛研究和报道，其中有令人信服的证据表明，超过可见光波段的电磁辐射可导致动物的行为和病理改变。然而，这些电磁信号的生物效应机制仍然知之甚少，有待研究。

在像动物这样复杂的生物系统中，系统的变化，如那些报道的由电磁信号引起的生物变化，通常来源于细胞对触发因素的反应。在这种情况下，体外细胞实验是研究这些变化的潜在机制的方便手段。不幸的是，商业上可用于细胞水平受试者的实验系统大多与EM刺激不相容。研究人员通过将直流刺激或窄带EM信号集成到细胞培养仪器中，定制了基于细胞的实验设置。但在这些实验中，并没有适当地排除电磁刺激的热效应或细胞与刺激电极直接接触的影响。

为了提供良好和清洁的控制条件来研究非热细胞对电磁刺激的响应，一个精心设计的细胞芯片实验室系统是必不可少的，它允许电磁刺激没有电极污染或可检测的温度干扰。Novocure©Ltd公司的InovitroTM是一种商业化的芯片实验室系统，用于细胞的电磁刺激，避免电极污染，它由用于细胞培养的陶瓷盘子组成，盘子底部固定有印刷电路板上的激发电极。然而，由于电极之间的距离较大(2厘米)，该系统获得的场强受到限制。此外，由于陶瓷皿的不透明性，该系统对细胞微观观察的兼容性也受到限制。

电磁信号触发的生物效应一般较弱，且报告系统隐式，给生物电磁响应机制的识别带来困难。增强生物系统上的电磁场强度可能导致反应扩大，如果反应是剂量依赖性的，则更容易识别关键报告者，这是各种生物反应的情况。但强电磁场在生物体系统中的热效应是显著的，不利于研究生物非热电磁响应机制。相比之下，微系统由于比表面积大，在散热方面是有利的，补偿了与强电磁场相关的不利热效应。

在这项工作中开发了一个生物相容性的微尺度试验台，用于同时进行显微镜观察和低频EM刺激细胞。该试验台设计为超薄玻璃基板上的三维数字间电极。利用近似模型估计了含有细胞的电磁场试验台的强度，然后批量制作并组装成培养皿。最后，在完整组装的原型上进行生物电镜实验，孵育后在显微镜下观察细胞系。

参考消息：

https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2023.108554