科学家研发“元弦”传感器：为“脑-肠轴”研究提供硬件工具( 二 ) “这个发明为脑科学的基础研

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（来源：哈佛医学院）
关于“脑-肠轴”的研究也是现在神经科学领域的一个热点和难点。即探究大脑和肠子之间是如何协同工作，两者产生的电信号和化学信号是如何“交流”的。
比如，关于自闭症，人们原来觉得它是个大脑类疾病，但越来越多的研究表明自闭症与消化道疾病以及肠道微生物的失调有关。
人肠道里细菌的数量是人本身细胞数量的好几倍，这些细菌之间的代谢（如血清素）会影响人的睡眠周期、幸福感、肠道疾病（便秘）等。
综上，能同时插在脑子和肠子里的“元弦”传感器，因此就成为一个潜在的研究“脑-肠轴”的硬件工具，可帮助我们更好地理解自闭症、阿尔茨海默症等的发病过程和原理。
和生物组织一样柔软的传感器，对大脑几乎无伤

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众所周和，大脑和肠道非常软，同时也在频繁蠕动。
现在已有测量多巴胺和血清素等的植入物，大都由包裹在玻璃管中的刚性碳棒制成，硬且脆。这些材料无法跟随大脑的震动，两者势必会发生摩擦，长期下去会对大脑组织产生一定破坏，引起比较重的炎症反应；也会吸引一些免疫细胞包裹住探针，传感器信号传递不出去，最终失去作用。
而“元弦”传感器有着与生物组织类似的柔软性。可以打比方说，目前在大脑里安装的探针，就像将一根筷子插到豆腐里，而“元弦”就相当于豆腐里的一根柔软面条，能在一个非常自然的情况下，实时、准确地了解血清素等神经递质的分泌情况，可以从而了解很多疾病之间的关系。

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图丨“元弦”（来源：Nature）
除了柔软性这个优点， “元弦”还可以同时分辨两个甚至多个神经递质，其他类型探针大部分只能分辨一个。
“除了多巴胺和血清素， '元弦'还能监测肾上腺素和去甲肾上腺素。这4种较常见的神经递质分子结构比较相似，我们研制的传感器可以同时分辨出其中3种来，相当于得到的信息更多。 ”李金星提到， “另外，我们可以实现多个通道的检测，可以更加完整地去看整个大脑的一个动态的变化。 ”
他解释说，神经递质间的传导变化非常快，而且是一个动态的过程，比如，当人看到好吃的或者受到了惊吓，需要捕捉的信号可能不到一秒的时间，所以一个较高的时间分辨率非常有必要。
“当传感器用于增强大脑功能或者是诊治大脑疾病时，我们不希望有一些安全性上的牺牲，所以才要去开发这种非常柔软的神经电极。最终它在安全性和性能上面达到了一个比较好的平衡。 ”论文另一位作者刘宇鑫表示。
由激光诱导石墨烯制成，灵敏度、稳定性非常高

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据了解， “元弦”由激光诱导石墨烯制成。石墨烯是一种具有众多优良特性的新型材料，最初由物理学家从石墨中分离出，并获得2010年诺贝尔物理学奖，已被用在微纳加工、生物医学等领域。
首先石墨烯是一个碳材料，导电性良好，本身具有一定催化特性，可以氧化还原神经递质；其表面积相对比较大，对于小分子有吸附作用，灵敏度因此比较高。