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陳根：新型傳感器，可監(jiān)測(cè)大腦和腸道“對(duì)話”

 陳根談科技 2022-06-16 發(fā)布于陜西

文|陳根

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）中，多巴胺（DA）和5-羥色胺（5-HT）在內(nèi)的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)參與著情緒、睡眠和記憶等活動(dòng)。其中多巴胺在大腦中產(chǎn)生，在大腦獎(jiǎng)賞機(jī)制中扮演著關(guān)鍵角色，與帕金森癥以及上癮有直接關(guān)系。

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在中樞神經(jīng)系統(tǒng)之外（外周神經(jīng)系統(tǒng)），胃腸道（GI）系統(tǒng)中的 5-HT 占了人體 5-HT的95%，緊密調(diào)節(jié)著腸道功能和微生物組。腸道來源的 5-HT 是腸道與大腦通訊系統(tǒng)（腸-腦軸）不可或缺的組成部分。
生命是柔軟的，但在目前的生命科學(xué)領(lǐng)域，大部分的研究工具是堅(jiān)硬的。到目前為止，研究活體動(dòng)物和人體器官內(nèi)生化信號(hào)的工具仍然十分有限。現(xiàn)有的剛性探針一般堅(jiān)硬易碎，不僅容易導(dǎo)致設(shè)備故障，還可能引發(fā)炎癥反應(yīng)。
為了解決這一問題，近日，斯坦福大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種柔性可延展、基于石墨烯的電化學(xué)傳感器，并命名為“神經(jīng)弦”。該傳感器可以針對(duì)大腦和腸道實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為腦科學(xué)和神經(jīng)系統(tǒng)的進(jìn)一步研究提供了途徑。
石墨烯是近年來炙手可熱的一種碳材料，其不僅本身具有一定的催化特性，可以氧化還原神經(jīng)遞，而且表面積相對(duì)比較大，對(duì)于小分子有吸附作用，靈敏度較高。單獨(dú)基于石墨烯制成的傳感器，本身可拉伸性能并不是很好，但把它像網(wǎng)狀纏繞在一起，嵌入在橡膠中，就具備了良好的拉伸性能。
實(shí)驗(yàn)中，研究人員利用該設(shè)備在小鼠大腦中進(jìn)行了長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)、多通道和多路單胺傳感，發(fā)現(xiàn)該“神經(jīng)弦”具有優(yōu)越的長(zhǎng)期神經(jīng)化學(xué)檢測(cè)穩(wěn)定性，能夠監(jiān)測(cè)小鼠神經(jīng)遞質(zhì)信號(hào)長(zhǎng)達(dá) 16 周。

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此外，在一個(gè)概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)利用神經(jīng)弦傳感器檢測(cè)喂食小鼠巧克力之后，檢測(cè)到攝入巧克力數(shù)秒之后兒茶酚胺在腦中釋放，觀察到結(jié)腸內(nèi)5-羥色胺在30—60分鐘內(nèi)增加，與食物通過胃腸道的典型運(yùn)送時(shí)間一致。這一結(jié)果表明了使用神經(jīng)弦了解神經(jīng)遞質(zhì)機(jī)制及其在腦-腸軸中作用的潛力。
未來，結(jié)合其卓越的生物相容性和靈敏度以及柔軟可拉伸性，該傳感器或可成為生物信號(hào)傳遞和電生理信號(hào)探測(cè)的有力工具。

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