動態(tài)監(jiān)測腦組織中的抑制性神經(jīng)信號，有望推進阿爾茲海默癥和癲癇癥等神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機理的研究及診療方案的確立。中國科學院過程工程研究所研究員白碩團隊聯(lián)合首都師范大學、北京大學、北京腦科學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，對非電化學活性的氯離子（Cl-）實現(xiàn)了高靈敏、抗干擾、可逆、實時動態(tài)追蹤，初步實現(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)實現(xiàn)非電化學活性物質(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《科學進展》（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、復雜且與興奮性信號交織在一起，實時監(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)來實現(xiàn)。而Cl-在生理環(huán)境下為非電化學活性物質(zhì)，較難發(fā)生基于電子轉(zhuǎn)移的氧化還原反應，因此難以在生理環(huán)境下對其實現(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。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)境下對非電化學活性的Cl-實現(xiàn)了高靈敏、抗干擾、可逆、實時的動態(tài)追蹤。進一步，研究將L/L UIs精準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Cl-，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)控機制，為神經(jīng)疾病的早期診斷、個性化治療及腦機接口技術(shù)提供關(guān)鍵依據(jù)。

研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、北京市自然科學基金等的支持。

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