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任何熟悉氟西汀或安非他酮等抗抑郁药的人都知道，这些药物可以提高大脑中5-羟色胺和多巴胺等神经递质的水平，而这些递质在情绪和行为中起着重要作用。
但另一方面，科学家们对神经递质(将信息从一个脑细胞传递到另一个脑细胞的化学物质)与我们的心理状态之间的具体关系，仍然知之甚少。简单地说，监测活体大脑中这些神经化学物质的波动是一项持久的挑战。
现在，加州大学洛杉矶分校的科学家第一次将纳米级生化传感器连接到一个柔软的、可植入的大脑探针上，这些传感器经过调整，可以识别特定的神经递质，以便实时持续监测这些化学物质。发表在《ACS Sensors》杂志上的一篇论文描述了这种新的大脑探测器，它将允许科学家在日常活动中追踪实验室动物（最终追踪人类）的神经递质。
新的软探针(黄色)被插入模型大脑中，以检测注射的5-羟色胺。
这篇论文的通讯作者、加州大学洛杉矶分校精神病学和生物行为科学教授、化学和生物化学教授Anne Andrews说，能够长时间以高分辨率连续测量神经递质，将更准确地了解5-羟色胺、多巴胺和其他神经递质是如何影响心理状态的，可能会为抑郁症和其他精神健康障碍带来更有效的治疗方法。
我们知道，5-羟色胺和多巴胺与抑郁症的某些行为方面有关，但其中的原因很复杂，不像单一递质水平低那么简单。研究者认为，这种类型的软探针将有助于研究实验动物的长期大脑过程，特别是精神疾病的潜在过程。
这种柔软的探针相对于传统的大脑探针来说，是一个重大的进步，传统的大脑探针比较硬，随着头部的每一次运动，硬探针刺激脑组织，导致炎症，这往往会破坏探针的读取和记录能力。而这种柔软探针具有灵活性，能允许个体在被监测时自由移动。
设计和测试软探头
研究小组在聚酰亚胺的基础上制作了这种小箭头形状的探针，宽约0.15毫米，厚约0.007毫米。聚酰亚胺是一种坚固而灵活的聚合物，经常用于医用导管和其他插入体内的医疗设备。
软探针与aptamers生物传感器植入大脑的插图。
连接在探针尖端的两个传感器使用aptamers的工程DNA链，用以检测特定神经递质的存在，在本研究中是检测5-羟色胺。5-羟色胺分子像钥匙插在锁上一样嵌入这些DNA链中。当5-羟色胺附着时，aptamers形状会发生改变，从而改变晶体管表面的电场，将信息传递给科学家。
研究者将该软探针植入大脑模型中，该模型模仿了自然脑组织的结构和化学性质。在探测器附近的模型中注射了5 -羟色胺，发现探测器的传感器成功地检测到低水平的5 -羟色胺，类似于在活体大脑中发生的情况。
虽然目前的研究针对的是5-羟色胺，但Andrews指出，研究人员可以很容易地在软探针上放置额外的神经递质特异性传感器，她的团队已经开发出来了这些传感器，能同时检测多种神经递质。虽然该探针尚未在活体大脑中进行测试，但它能够监测几种神经递质，再加上探针的灵活性和使用寿命，最终可能会为科学家长期研究动物大脑过程提供帮助。
例如，如果我们想研究动物在学习一项任务或衰老过程中大脑中发生了什么，这些传感器可以长时间进行多种神经化学测量。研究人员表示，这种软探针还可能被用于帮助改善深层脑刺激疗法。
Zhao和Andrews最近在聚酰亚胺上使用了类似的共聚体场效应晶体管生物传感器，通过智能手表监测人们汗水中的应激激素皮质醇水平。
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参考文献
Chuanzhen Zhao et al, Flexible and Implantable Polyimide Aptamer-Field-Effect Transistor Biosensors, ACS Sensors(2022). DOI: 10.1021/acssensors.2c01909
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