腦化學失衡是許多神經系統疾病的核心。這些相同的大腦化學物質也在腸道健康中發(fā)揮作用。因此，斯坦福大學的科學家們發(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用價值。
“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。”李在斯坦福大學化學工程系鮑哲南實驗室開始并擔任博士后工作;他現在是密歇根州立大學生物醫(yī)學工程系的助理教授。
NeuroString 測量多巴胺和血清素，這兩種化學信使可調節(jié)神經元中的電信號。多巴胺以其在大腦獎賞系統中的作用而聞名。血清素是百憂解等抗抑郁藥的目標。兩者都與運動、睡眠、食欲和消化有關。
測量多巴胺和血清素的植入物已經存在，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，從而使腦細胞發(fā)炎并降解植入物。
鮑的實驗室設計了一個軟探針。“我的團隊制造軟電子產品已經有一段時間了，”斯坦福大學工程學院 KK Lee 教授兼化學工程系系主任鮑說。探針由石墨烯制成，石墨烯是一種原子薄的碳。鮑的團隊使用激光將李所描述的“石墨烯的毛茸茸的糾纏網絡”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的分子，可以提高同時測量多巴胺和血清素的靈敏度和選擇性。然后研究人員將網絡嵌入橡膠基質中。
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