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高速电子泵成功模拟神经信号:速度堪比活体神经元

高速电子泵成功模拟神经信号:速度堪比活体神经元

       有机电子离子泵有6个孔(位于金方块上的黑点),可以高速释放神经递质。为了比较大小,我们把离子泵放在瑞典硬币旁边(大约1美分)。人类神经元比我们眨眼快30倍。神经元可以在10毫秒内通过细胞膜释放化学物质,然后邻近细胞上的受体接收化学物质,从而传递信息。

       到目前为止,即使在微流体的作用下,研究人员仍然无法模拟高速化学信号。瑞典 Link?ping 大学的一个团队设计并创建了一种电控离子泵,与活体神经元相同。

       该新仪器是由同一实验室开发的旧有机电子离子泵(OEIP)改进版本的基础。该仪器依靠电场使带电颗粒在任何流体的作用下不穿过薄膜2.5cm泵由金属制成,聚合物通道通过光刻技术印在玻璃上,并与电源连接。

       传统仪器将离子从离子源沿通道水平移动到目标区域,这些离子可能是任何小的带电粒子,如神经递质、质子和金属离子。上述水平运动相对缓慢,有时需要几秒钟才能完成从给电到离子的目标。然而,这种新开发的泵利用了聚合物膜的超薄特性,通过垂直运动实现了目标。

       “我们没有采用横向穿过数毫米的薄膜,而是采用了同一种薄膜的纵向厚度,只需要纵向穿过几百纳米。”研究小组的成员 Daniel Simon 说,他还是 Link?ping 大学有机电子实验室助理教授。

       其工作原理如下:

       电流沿六条水平路径推动神经递质,每条路径中间有一个小孔。开关一打开,研究人员就激活了可以改变离子源的电场,并迅速沿着短垂直通道将带电粒子射入小孔。

       然后研究人员为他们设定了一个靶点,如一个细胞或一个组织。该团队最初使用乙酰胆碱测试仪器。乙酰胆碱是大脑与运动神经元连接中常见的神经递质,可使化学物质在至 50 毫秒内达到靶点。

       这六个新的高速离子传递通道可以分别激活,使研究人员能够自由地将神经递质传递到样本的任何部分。因此,它们可以在不破坏其他神经元的情况下,用乙酰胆碱激活培养皿中的一组神经元。

       目前这个团队正在活体细胞上测试仪器,除了能够提高我们研究神经元信号的能力,这种技术还能打开高速传递神经递质的脑部移植发展的大门。将来,这种离子泵还可能联合化学疗法,用在如今的大脑电刺激疗法上,比如深度刺激大脑来治疗癫痫,Simon 说:有无限的机会通过身体无法正常产生信号的化合物治疗神经退行性疾病。

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