无线、可生物降解的传感器可以帮助医生监测大脑化学的变化

据一个国际研究小组称，无线、可生物降解的传感器可以为医生提供一种监测大脑化学变化的方法，而无需进行第二次手术来移除植入物。

在对小鼠进行的微创手术中，研究人员将一种无线、可生物降解的设备插入小鼠的大脑深部区域。该设备在无害地溶解回体内之前收集了有关多巴胺（一种重要的神经递质）和大脑其他特性（例如 pH 水平、温度和电生理学）水平的数据。

由于多巴胺在许多与神经相关的疾病中至关重要，因此医生可以使用可生物降解的传感器来检测神经递质，进行一系列治疗和手术。

“由于神经递质在许多神经相关疾病中所起的作用，多巴胺的直接测量可能非常重要，” Dorothy Quiggle 工程学教授和计算与数据科学研究所的副教授 Larry Cheng 说。“我认为过去人们一直在以温度、发烧或出汗等形式查看许多其他参数。当我们没有直接测量时，这些相关参数可能非常有用，但如果我们可以在目标位置直接测量这种神经递质，而且是实时的，这肯定会更直接，甚至更有帮助，因为根据这些其他参数来推断信息有时非常具有挑战性。”

硅基植入物包括一种称为二维过渡金属二硫化物（TMDC）的半导体，它被认为是一类新兴材料，越来越多地用于纳米电子学和纳米光子学应用中。操纵这些原子级薄的 TMDC 的能力使科学家能够将植入物设计为可生物降解的同时保持电气和电化学性能。

程说，为了使这种可植入的设备，将所有这些设备装入一个长约 13 或 14 毫米的探针中。从角度来看，常规强度阿司匹林的直径约为 14 毫米。

“这确实适用于整个设备，但是，如果我们谈论的是传感器本身，那就更小了，”同时也是材料研究所成员的程说。

然后，该团队通过将探针插入老鼠大脑中称为基底神经节的部分来测试该设备。

Cheng说，在临床环境中，患者会戴上头带或其他类型的设备，将植入物的信号传递给医务人员可以用来监测患者状况的设备。

根据研究人员的说法，可生物降解设备的主要好处是不需要进一步的手术——这会增加恢复的风险——来移除该设备。

“目前，在完全恢复后，设备移除，否则里面会有一些我们不需要使用的东西，”程说。“所以这就是为什么在这里，该设备被设计为可生物降解的，并且在一定时间后，它完成了它的功能，它可以溶解。所以，病人不需要经历第二次手术来移除设备。

Cheng 表示，可用于制造这种设备的大量化学品、材料和设计需要先进的计算技术。他补充说，计算机被用来模拟不同的化学物质和生物工程方案，以找到理想的材料和设计来检测和测量目标分子，在这种情况下是多巴胺。

“我们引入材料来模拟二维材料和多巴胺，然后确保它们是稳定的，” Cheng 说。“因此，我们优化初始结构，然后我们进一步研究稳定材料与多巴胺之间的相互作用。”

该团队希望该设备将用于帮助人类患者，但他们预计，从事动物研究的医生可能会迫切需要该设备。

“一些潜在的治疗选择可能首先在动物研究中可用，其中植入物可以帮助科学家初步评估疾病的进展情况、患者如何从治疗中恢复以及治疗的有效性，” Cheng 说。“因此，植入物对于简单地用于动物模型以更好地研究这些问题非常有帮助。”

Cheng 说，未来的工作可能旨在创建一种传感器，以监测大脑化学的其他方面，而不是多巴胺检测。

研究人员在近一期 Advanced Materials中报告了他们的发现。

该团队还包括 Seung Min Yang、Jae Hyung Shim、Tae-Min Jang、Gwan-Jin Ko1、Yoon Seok Kim、Su-Yeon Joung、Jong Chan Choe、Jeong-Woong Shin、Suk-Won Hwang、Chul-Ho Lee 和Joong Hoon Lee，高丽大学全体成员；汉阳大学的 Hyun-U Cho、Yu Min Kang、Dong Pyo Jang 和 Jeongeun Shim；韩国科学技术学院的 Tae Hee Kim、Sangun Park 和 Youngmee 以及宾夕法尼亚州立大学的 Jia Zhu。

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