腦化學(xué)失衡是許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的核心。這些相同的大腦化學(xué)物質(zhì)也在腸道健康中發(fā)揮作用。因此，斯坦福大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)明了“NeuroString”——一種可以與大腦和腸道組織無縫連接的軟植入式探針。他們在 2022 年 6 月 2 日發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文中描述了該探測器。它在抑郁癥、帕金森病和腸道疾病方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
“人們試圖理解大腦的主流方式是閱讀和記錄電信號，”該論文的第一作者李金星說。“但化學(xué)信號在大腦交流中發(fā)揮著同樣重要的作用，它們也與疾病直接相關(guān)。”李在斯坦福大學(xué)化學(xué)工程系鮑哲南實(shí)驗(yàn)室開始并擔(dān)任博士后工作;他現(xiàn)在是密歇根州立大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系的助理教授。
NeuroString 測量多巴胺和血清素，這兩種化學(xué)信使可調(diào)節(jié)神經(jīng)元中的電信號。多巴胺以其在大腦獎(jiǎng)賞系統(tǒng)中的作用而聞名。血清素是百憂解等抗抑郁藥的目標(biāo)。兩者都與運(yùn)動(dòng)、睡眠、食欲和消化有關(guān)。
測量多巴胺和血清素的植入物已經(jīng)存在，但它們是由裝在玻璃管中的剛性碳棒制成的。“那些是非常堅(jiān)硬的探針。它們非常脆弱，”李說。植入物不僅會破碎，還會摩擦大腦中的軟組織，從而使腦細(xì)胞發(fā)炎并降解植入物。
鮑的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一個(gè)軟探針。“我的團(tuán)隊(duì)制造軟電子產(chǎn)品已經(jīng)有一段時(shí)間了，”斯坦福大學(xué)工程學(xué)院 KK Lee 教授兼化學(xué)工程系系主任鮑說。探針由石墨烯制成，石墨烯是一種原子薄的碳。鮑的團(tuán)隊(duì)使用激光將李所描述的“石墨烯的毛茸茸的糾纏網(wǎng)絡(luò)”雕刻到塑料中。這種塑料含有在石墨烯表面變成納米顆粒點(diǎn)的分子，可以提高同時(shí)測量多巴胺和血清素的靈敏度和選擇性。然后研究人員將網(wǎng)絡(luò)嵌入橡膠基質(zhì)中。
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