ทีมนักวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดได้สร้างนวัตกรรมเซนเซอร์แบบยืดได้สำหรับการตรวจสอบโมเลกุลของสารสื่อประสาทในสมองและลำไส้แบบเรียลไทม์ เซ็นเซอร์ที่มีชื่อว่า NeuroString ปูทางสำหรับการใช้งานที่เป็นไปได้หลายอย่างในการเฝ้าติดตามและรักษาโรคซึมเศร้า โรคพาร์กินสัน และโรคเกี่ยวกับลำไส้เซ็นเซอร์ที่ใช้กราฟีนใช้เทคนิคการตรวจจับทางเคมีไฟฟ้าที่เรียกว่า fast-scan cyclic voltammetry ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเพิ่มและลดแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับโพรบ
อย่างรวดเร็วเพื่อออกซิไดซ์ซ้ำๆ และลดสารสื่อประสาทเป้าหมาย
ทำให้เกิดกระแสที่จำเพาะต่อสารสื่อประสาทในส่วนหนึ่งของการวิจัย นักวิจัยใช้ NeuroString เพื่อตรวจจับโดปามีนและเซโรโทนินในระยะยาวและคงที่ในสมองของหนู พวกเขาทำการทดลองหลายชุดโดยใช้การกระตุ้นด้วยแสง การกระตุ้นทางเภสัชวิทยา และการวิเคราะห์พฤติกรรม ผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสารNatureแสดงให้เห็นว่าเซ็นเซอร์ตรวจจับระดับสารสื่อประสาทในสมองได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่สร้างการตอบสนองต่อการอักเสบน้อยที่สุด
“จากนั้นเราได้ทดสอบเซ็นเซอร์ในระบบทางเดินอาหาร ซึ่งความสามารถในการยืดตัวและความนุ่มนวลของมันเข้ากันได้ดีกับเนื้อเยื่อในลำไส้ โดยไม่รบกวนการบีบตัวของกล้ามเนื้อหรือกระตุ้นการปลดปล่อยเซโรโทนินที่ไม่ต้องการ” Jinxing Li ผู้เขียนคนแรก ซึ่งดำเนินงานในฐานะนักวิจัยหลังปริญญาเอกในZhenan กล่าว ห้องทดลองของ Baoที่ Stanford University และปัจจุบันอยู่ที่ Michigan State University อุปกรณ์ดังกล่าวให้การตรวจสอบเซโรโทนินที่ปล่อยออกมาในเซลล์ลำไส้อย่างต่อเนื่องและมีความแม่นยำสูง ทั้งในแบบจำลองหนูที่มีอาการลำไส้แปรปรวนและแบบจำลองสัตว์ขนาดใหญ่
เพื่อวัดไดนามิกของสมอง dopamine และ gut serotonin พร้อมกัน นักวิจัยได้ฝัง NeuroStrings ในสมองและลำไส้ใหญ่ของหนูบางตัว เมื่อพวกเขาป้อนช็อกโกแลตให้หนู เซ็นเซอร์ตรวจพบการพุ่งสูงขึ้นของโดปามีนในสมองและพุ่งสูงขึ้นของเซโรโทนินในลำไส้
“เซลล์ประสาทสื่อสารผ่านทั้งไฟฟ้าและสารสื่อประสาทเคมี” หลี่อธิบาย “การตรวจสอบการสื่อสารด้วยสัญญาณไฟฟ้าและเคมีในระบบประสาทเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการศึกษาสมอง ทำความเข้าใจเกี่ยวกับโรคทางสมอง และพัฒนาวิธีการรักษาที่มีประสิทธิภาพ”
การใช้งานทางคลินิกก่อนหน้านี้ นักวิจัยมีความก้าวหน้าอย่างมากในการตรวจจับสารสื่อประสาทผ่านการใช้โพรบเรืองแสงที่ดัดแปลงพันธุกรรม และส่วนต่อประสานประสาทอิเล็กทรอนิกส์ชีวภาพได้ถูกนำมาใช้
เพื่อศึกษาสัตว์ป่าและแม้แต่มนุษย์ อย่างไรก็ตามเครื่องมือ
อิเล็กทรอนิกส์ชีวภาพที่มีอยู่สำหรับการศึกษาสารสื่อประสาทมีข้อจำกัดหลายประการ รวมถึงข้อเท็จจริงที่ว่าเครื่องมือเหล่านั้นมีแนวโน้มที่จะแข็งและเปราะ และอาจนำไปสู่การกระตุ้นเนื้อเยื่อเป้าหมายหรือการตอบสนองการอักเสบที่ไม่พึงประสงค์ ทำให้เครื่องมือเหล่านี้ไม่เหมาะกับการตรวจติดตามเนื้อเยื่ออ่อน
นักวิทยาศาสตร์ต้องการส่วนต่อประสานอิเล็กทรอนิกส์ชีวภาพแบบอ่อนที่สามารถตรวจสอบพลวัตเชิงพื้นที่ตามธรรมชาติของสารสื่อประสาททั้งในระบบประสาทส่วนกลางและส่วนปลาย โดยไม่รบกวนสรีรวิทยาของอวัยวะที่อ่อนนุ่มและเคลื่อนไหว เช่น สมองและลำไส้ “ในที่สุดเครื่องมือเหล่านี้สามารถเปิดใช้งานการพัฒนาส่วนต่อประสานระหว่างสมองกับเครื่องจักรรุ่นต่อไปและการบำบัดทางการแพทย์ที่ปรับกิจกรรมของสารสื่อประสาท” Li กล่าว
ทีมงานเลือกกราฟีนเป็นวัสดุอิเล็กโทรดเนื่องจากทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชันของสารสื่อประสาทโมโนเอมีน เช่น โดปามีนและเซโรโทนิน Li ยังมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี และสามารถทนต่อการดัด การยืด และการบิด
ทีมงานสร้างเครือข่ายของเส้นใยนาโนแกรฟีนที่เกิดจากเลเซอร์ด้วยเลเซอร์ที่มีอนุภาคนาโนของโลหะทรานซิชันประดับอยู่บนพื้นผิวโดยใช้กระบวนการที่เรียกว่าการทำให้เป็นคาร์บอนด้วยเลเซอร์ อนุภาคนาโนเหล่านี้จับกับสารสื่อประสาทและปรับปรุงการถ่ายโอนอิเล็กตรอน ทำให้เซ็นเซอร์สามารถวิเคราะห์เคมีประสาทได้อย่างละเอียดอ่อนและคัดเลือก
จากนั้น นักวิจัยได้ฝังเครือข่ายเส้นใยนาโนกราฟีนในเมทริกซ์อีลาสโตเมอร์เพื่อให้มีความอ่อนนุ่มและยืดหยุ่นสูง ขณะที่ยังคงรักษาคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าเฉพาะของวัสดุนาโน “เส้นใยนาโนกราฟีนยังคงรักษาเครือข่ายนำไฟฟ้า 3 มิติที่เชื่อมต่อถึงกัน แม้ว่าพวกมันจะผิดรูปในเมทริกซ์” Li กล่าว
“คุณสมบัติที่ยืดหยุ่นของ NeuroString ทำให้เหมาะสำหรับการตรวจสอบการส่งสัญญาณของสารสื่อประสาทในระบบประสาททั้งสองพร้อมกัน และอาจแก้ไขข้อจำกัดทางเทคนิคในปัจจุบันในการศึกษาไดนามิกของเคมีในลำไส้และการมีปฏิสัมพันธ์กับจุลินทรีย์” Li กล่าวเสริม
Li คาดว่า NeuroString จะเป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมสำหรับการศึกษาเมแทบอไลต์ของจุลินทรีย์ในลำไส้และวินิจฉัยการพองตัวของลำไส้ และคาดการณ์ว่าอาจรวมเข้ากับเครื่องกระตุ้นประสาทสำหรับการกระตุ้นวงปิดเพื่อรักษาโรคพาร์กินสัน
ในการทำงานในอนาคต นักวิจัยหวังว่าจะปรับปรุงความละเอียดเชิงพื้นที่ของเซ็นเซอร์โดยใช้โครงสร้างไมโครหรือนาโน รวมทั้งเพิ่มความสามารถในการคัดเลือกและฟังก์ชันการทำงานโดยการผสมผสานโพรบต่างๆ ในที่สุด พวกเขาตั้งเป้าที่จะรวมเซ็นเซอร์เข้ากับฮาร์ดแวร์ไร้สาย ซึ่งจะช่วยให้สามารถตรวจสอบประสิทธิภาพการทำงานระยะยาวในสมองและลำไส้ของสัตว์ขนาดใหญ่ได้
“มันอาจเป็นไปได้ที่จะเชื่อมโยงเซ็นเซอร์กับระบบเพื่อปรับความเข้มข้นของสารสื่อประสาทที่เป็นเป้าหมาย ระบบวงปิดที่ฝังไว้นี้สามารถใช้เพื่อตั้งโปรแกรมเคมีในสมองของบุคคลได้แบบเรียลไทม์” หลี่กล่าว
แนะนำ : รีวิวซีรี่ย์เกาหลี | ลายสัก | รีวิวร้านอาหาร | โทรศัพท์มือถือ ราคาถูก | เรื่องย่อหนัง
