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- 無(wú)線、可生物降解的傳感器可以幫助醫(yī)生監(jiān)測(cè)大腦化學(xué)的變化
- 來(lái)源：加速度傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2022/3/29
據(jù)一個(gè)國(guó)際研究小組稱，無(wú)線、可生物降解的傳感器可以為醫(yī)生提供一種監(jiān)測(cè)大腦化學(xué)變化的方法，而無(wú)需進(jìn)行第二次手術(shù)來(lái)移除植入物。
在對(duì)小鼠進(jìn)行的微創(chuàng)手術(shù)中，研究人員將一種無(wú)線、可生物降解的設(shè)備插入小鼠的大腦深部區(qū)域。該設(shè)備在無(wú)害地溶解回體內(nèi)之前收集了有關(guān)多巴胺（一種重要的神經(jīng)遞質(zhì)）和大腦其他特性（例如 pH 水平、溫度和電生理學(xué)）水平的數(shù)據(jù)。
由于多巴胺在許多與神經(jīng)相關(guān)的疾病中至關(guān)重要，因此醫(yī)生可以使用可生物降解的傳感器來(lái)檢測(cè)神經(jīng)遞質(zhì)，進(jìn)行一系列治療和手術(shù)。
“由于神經(jīng)遞質(zhì)在許多神經(jīng)相關(guān)疾病中所起的作用，多巴胺的直接測(cè)量可能非常重要，” Dorothy Quiggle 工程學(xué)教授和計(jì)算與數(shù)據(jù)科學(xué)研究所的副教授 Larry Cheng 說(shuō)。“我認(rèn)為過(guò)去人們一直在以溫度、發(fā)燒或出汗等形式查看許多其他參數(shù)。當(dāng)我們沒(méi)有直接測(cè)量時(shí)，這些相關(guān)參數(shù)可能非常有用，但如果我們可以在目標(biāo)位置直接測(cè)量這種神經(jīng)遞質(zhì)，而且是實(shí)時(shí)的，這肯定會(huì)更直接，甚至更有幫助，因?yàn)楦鶕?jù)這些其他參數(shù)來(lái)推斷信息有時(shí)非常具有挑戰(zhàn)性。”
硅基植入物包括一種稱為二維過(guò)渡金屬二硫化物（TMDC）的半導(dǎo)體，它被認(rèn)為是一類新興材料，越來(lái)越多地用于納米電子學(xué)和納米光子學(xué)應(yīng)用中。操縱這些原子級(jí)薄的 TMDC 的能力使科學(xué)家能夠?qū)⒅踩胛镌O(shè)計(jì)為可生物降解的同時(shí)保持電氣和電化學(xué)性能。
程說(shuō)，為了使這種可植入的設(shè)備，將所有這些設(shè)備裝入一個(gè)長(zhǎng)約 13 或 14 毫米的探針中。從角度來(lái)看，常規(guī)強(qiáng)度阿司匹林的直徑約為 14 毫米。
“這確實(shí)適用于整個(gè)設(shè)備，但是，如果我們談?wù)摰氖莻鞲衅鞅旧恚蔷透×耍蓖瑫r(shí)也是材料研究所成員的程說(shuō)。
然后，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)將探針插入老鼠大腦中稱為基底神經(jīng)節(jié)的部分來(lái)測(cè)試該設(shè)備。
Cheng說(shuō)，在臨床環(huán)境中，患者會(huì)戴上頭帶或其他類型的設(shè)備，將植入物的信號(hào)傳遞給醫(yī)務(wù)人員可以用來(lái)監(jiān)測(cè)患者狀況的設(shè)備。
根據(jù)研究人員的說(shuō)法，可生物降解設(shè)備的主要好處是不需要進(jìn)一步的手術(shù)——這會(huì)增加恢復(fù)的風(fēng)險(xiǎn)——來(lái)移除該設(shè)備。
“目前，在完全恢復(fù)后，設(shè)備移除，否則里面會(huì)有一些我們不需要使用的東西，”程說(shuō)。“所以這就是為什么在這里，該設(shè)備被設(shè)計(jì)為可生物降解的，并且在一定時(shí)間后，它完成了它的功能，它可以溶解。所以，病人不需要經(jīng)歷第二次手術(shù)來(lái)移除設(shè)備。
Cheng 表示，可用于制造這種設(shè)備的大量化學(xué)品、材料和設(shè)計(jì)需要先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)。他補(bǔ)充說(shuō)，計(jì)算機(jī)被用來(lái)模擬不同的化學(xué)物質(zhì)和生物工程方案，以找到理想的材料和設(shè)計(jì)來(lái)檢測(cè)和測(cè)量目標(biāo)分子，在這種情況下是多巴胺。
“我們引入材料來(lái)模擬二維材料和多巴胺，然后確保它們是穩(wěn)定的，” Cheng 說(shuō)。“因此，我們優(yōu)化初始結(jié)構(gòu)，然后我們進(jìn)一步研究穩(wěn)定材料與多巴胺之間的相互作用。”
該團(tuán)隊(duì)希望該設(shè)備將用于幫助人類患者，但他們預(yù)計(jì)，從事動(dòng)物研究的醫(yī)生可能會(huì)迫切需要該設(shè)備。
“一些潛在的治療選擇可能首先在動(dòng)物研究中可用，其中植入物可以幫助科學(xué)家初步評(píng)估疾病的進(jìn)展情況、患者如何從治療中恢復(fù)以及治療的有效性，” Cheng 說(shuō)。“因此，植入物對(duì)于簡(jiǎn)單地用于動(dòng)物模型以更好地研究這些問(wèn)題非常有幫助。”
Cheng 說(shuō)，未來(lái)的工作可能旨在創(chuàng)建一種傳感器，以監(jiān)測(cè)大腦化學(xué)的其他方面，而不是多巴胺檢測(cè)。
研究人員在近一期 Advanced Materials中報(bào)告了他們的發(fā)現(xiàn)。
該團(tuán)隊(duì)還包括 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，高麗大學(xué)全體成員；漢陽(yáng)大學(xué)的 Hyun-U Cho、Yu Min Kang、Dong Pyo Jang 和 Jeongeun Shim；韓國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院的 Tae Hee Kim、Sangun Park 和 Youngmee 以及賓夕法尼亞州立大學(xué)的 Jia Zhu。
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