在中枢神经系统(CNS)中,多巴胺(DA)和5-羟色胺(5-HT)在内的单胺类神经递质参与着情绪、睡眠和记忆等活动。其中多巴胺在大脑中产生,在大脑奖赏机制中扮演着关键角色,与帕金森症以及上瘾有直接关系。
在中枢神经系统之外(外周神经系统),胃肠道(GI)系统中的 5-HT 占了人体5-HT的95%,紧密调节着肠道功能和微生物组。肠道来源的5-HT 是肠道与大脑通讯系统(肠-脑轴)不可或缺的组成部分。
生命是柔软的,但在目前的生命科学领域,大部分的研究工具是坚硬的。到目前为止,研究活体动物和人体器官内生化信号的工具仍然十分有限。现有的刚性探针一般坚硬易碎,不仅容易导致设备故障,还可能引发炎症反应。
为了解决这一问题,近日,斯坦福大学的研究人员开发了一种柔性可延展、基于石墨烯的电化学传感器,并命名为“神经弦”。该传感器可以针对大脑和肠道实现实时监测,为脑科学和神经系统的进一步研究提供了途径。
石墨烯是近年来炙手可热的一种碳材料,其不仅本身具有一定的催化特性,可以氧化还原神经递,而且表面积相对比较大,对于小分子有吸附作用,灵敏度较高。单独基于石墨烯制成的传感器,本身可拉伸性能并不是很好,但把它像网状缠绕在一起,嵌入在橡胶中,就具备了良好的拉伸性能。
实验中,研究人员利用该设备在小鼠大脑中进行了长期、实时、多通道和多路单胺传感,发现该“神经弦”具有优越的长期神经化学检测稳定性,能够监测小鼠神经递质信号长达16周。
此外,在一个概念验证实验中,团队利用神经弦传感器检测喂食小鼠巧克力之后,检测到摄入巧克力数秒之后儿茶酚胺在脑中释放,观察到结肠内5-羟色胺在30—60分钟内增加,与食物通过胃肠道的典型运送时间一致。这一结果表明了使用神经弦了解神经递质机制及其在脑-肠轴中作用的潜力。
未来,结合其卓越的生物相容性和灵敏度以及柔软可拉伸性,该传感器或可成为生物信号传递和电生理信号探测的有力工具。
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