科学家研发“元弦”传感器：为“脑-肠轴”研究提供硬件工具( 三 ) “这个发明为脑科学的基础研

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（来源：Nature）
另外，该材料在电化学扫描的时候，形成的扫描曲线类似于一个长方形，不像其他很多导电材料接近于一条直线。其信噪比、稳定性也非常高，长时间扫描依旧很平稳，意味着信号更容易被分辨出来。
据了解， “元弦”最终呈现出的是包裹在弹性体（橡胶）里的石墨烯网络结构。 “石墨烯本身不是很可拉伸，但如果它像网状缠绕在一起，嵌入在橡胶中，它就变成了可拉伸。 ”李金星解释说。
而刘宇鑫则表示，他们还采用激光技术把它做成了几百微米大小，里面也加入了一些纳米颗粒，可以提高同时测量多巴胺和血清素的灵敏度和选择性。
联合不同团队进行多项实验

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值得一提的是，研究团队与斯坦福大学的生物学、精神病学、胃肠病学和外科学，以及材料学和生物工程系的多名科学家进行了合作。比如，斯坦福大学崔屹教授、崔便晓教授、艾达·哈贝齐翁（AidaHabtezion）教授（现辉瑞首席医学官）、詹姆士·邓恩（JamesC.Y.Dunn）教授、塞吉厄·帕斯卡（SergiuP.Pa?ca）教授和他们的课题组都有参与这项研究。
为了证明“软”“硬”探针的优劣，研究人员首先做了一个对比实验，当“硬”探针工作时，由于它会刺激到肠壁，会导致血清素释放， “软”探针不会对肠壁产生刺激，因此“元弦”能够在自然状态下研究神经递质分泌和吸收的实际动态过程，减少多余干扰因素。
在另一项实验中，研究人员将“元弦”植入到同一只老鼠的大脑和肠道。当给老鼠喂食巧克力糖浆时，传感器检测到老鼠脑中多巴胺和肠道中血清素的峰值接近预期反应，并发现可以同时测到这两种神经递质。

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图丨“元弦”在胃肠道系统中的神经化学传感（来源：Nature）
然后，在小鼠脑子里面用光遗传学的方法去刺激多巴胺、血清素的产生，并验证证明可以检测到两者信号。
另外，研究人员还拿一个较大型动物猪来做实验，同样验证了“元弦”可以实时进行检测的有效性。
“值得一提的是，在实验中我们还发现一个现象，就是在加温时，会检测到血清素被释放， ”李金星提到， “那就意味着'多喝热水'可能真的能够让人产生更多的血清素，会让人产生相对开心的情绪。 ”
最后，植入“元弦”的小鼠各项指标表现正常，进食、排便等也正常，并且没有观察到其组织功能被破坏的迹象。这意味着该植入物有一天可以用于对人类体内化学物质的实时监测，类似于智能手表监测心率或步数。
不过，研究人员也表示“元弦”应用在脑疾病的临床诊疗中尚需时日，但将其用到对人肠道的检测是一件不太困难的事情，因为该器件可以直接放入肠道中，不需要对肠子开刀， 3~5年内甚至更快，可能就可以将它在临床使用。另外，将其与神经刺激等医疗设备结合在一起，做成闭环的系统也是有可能的。
论文合著者之一，北京大学集成电路学院助理教授郑雨晴表示，现在脑机接口技术受到了学界和业界的广泛关注，但在“元弦”落地、产业化方面，可能需要找到一个非常具体的应用突破口，而且在信号检测、长期在体稳定性等方面体现出比现有的技术产品显著的提升，才可能得到进一步商业化。
现在，研究人员们已经证明了“元弦”的工作原理，未来还要解决一系列生物学问题。