動態(tài)監(jiān)測腦組織中的抑制性神經(jīng)信號，有望推進(jìn)阿爾茲海默癥和癲癇癥等神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)理的研究及診療方案的確立。中國科學(xué)院過程工程研究所研究員白碩團(tuán)隊(duì)聯(lián)合首都師范大學(xué)、北京大學(xué)、北京腦科學(xué)與類腦研究所等的科研人員，開發(fā)出新型液/液界面超微離電器件（L/L UIs），在阿爾茨海默模型小鼠和癲癇模型大鼠腦內(nèi)等活體上，對非電化學(xué)活性的氯離子（Cl-）實(shí)現(xiàn)了高靈敏、抗干擾、可逆、實(shí)時動態(tài)追蹤，初步實(shí)現(xiàn)了對抑制性神經(jīng)信號的動態(tài)監(jiān)測。這一成果為在腦組織內(nèi)實(shí)現(xiàn)非電化學(xué)活性物質(zhì)的追蹤以及抑制性神經(jīng)信號監(jiān)測提供了新思路。12月4日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上。
抑制性神經(jīng)信號動態(tài)監(jiān)測對于探討大腦平衡機(jī)制具有重要意義，有望揭示神經(jīng)抑制在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)、神經(jīng)退行性疾病中的作用。由于抑制性神經(jīng)信號較弱、復(fù)雜且與興奮性信號交織在一起，實(shí)時監(jiān)測抑制性神經(jīng)信號是重要的技術(shù)挑戰(zhàn)。神經(jīng)抑制信號監(jiān)測可以通過追蹤參與神經(jīng)抑制過程的Cl-等關(guān)鍵物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。而Cl-在生理環(huán)境下為非電化學(xué)活性物質(zhì)，較難發(fā)生基于電子轉(zhuǎn)移的氧化還原反應(yīng)，因此難以在生理環(huán)境下對其實(shí)現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測，限制了抑制性神經(jīng)信號監(jiān)測。
以電子為信號載體的傳統(tǒng)電子器件僅能發(fā)生固/液界面上的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。而離電器件以離子作為信號載體，與組織之間形成的液/液界面上能夠發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，并能夠發(fā)生離子轉(zhuǎn)移。該研究在腦組織中構(gòu)筑超微液/液界面，將設(shè)計(jì)的可識別Cl-的雙硫脲離子載體修飾在界面處，并將填充有機(jī)凝膠的超微玻璃電極尖端植入，構(gòu)筑出用于生理環(huán)境下監(jiān)測Cl-的超微液/液界面離電器件。研究在生理環(huán)境下對非電化學(xué)活性的Cl-實(shí)現(xiàn)了高靈敏、抗干擾、可逆、實(shí)時的動態(tài)追蹤。進(jìn)一步，研究將L/L UIs精準(zhǔn)植入到阿爾茨海默模型小鼠和癲癇模型大鼠的海馬體、紋狀體及皮層等特定腦區(qū)中，剖析不同腦區(qū)之間Cl-濃度的差異。通過在阿爾茨海默模型小鼠的活體腦內(nèi)動態(tài)追蹤C(jī)l-，L/L UIs證明了在神經(jīng)抑制過程中發(fā)揮重要作用的鉀-氯-共轉(zhuǎn)運(yùn)體2對腦內(nèi)的Cl-濃度具有調(diào)控作用。
動態(tài)監(jiān)測神經(jīng)性和抑制性信號有望揭示神經(jīng)活動的調(diào)控機(jī)制，為神經(jīng)疾病的早期診斷、個性化治療及腦機(jī)接口技術(shù)提供關(guān)鍵依據(jù)。
研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、北京市自然科學(xué)基金等的支持。
論文鏈接
L/L UIs用于嚙齒動物活體腦內(nèi)氯離子的動態(tài)追蹤
本文鏈接：科學(xué)家開發(fā)出液/液界面超微離電器件?實(shí)現(xiàn)腦內(nèi)抑制性神經(jīng)信號動態(tài)監(jiān)測http://www.sq15.cn/show-12-507-0.html
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