寰球好！今天来了解一篇多功能微电子纤维参议——《Multifunctional microelectronic fibers enable wireless modulation of gut and brain neural circuits》发表于《Nature Biotechnology》。咱们齐知谈大脑和内脏器官的疏导对生涯至关紧要，可一直以来，参议它们之间的神经回路齐辛勤重重，缺少合适的勾引是个大问题。不外别顾忌，当前科学家们开发出了多功能微电子纤维，还搭配了无线收尾模块NeuroStack。这些立异时期就像一把神奇的钥匙激情文学，为咱们掀开了探索大脑和肠谈神经回路的新大门，让咱们扫数走进这个神奇的参议宇宙吧！

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一、参议配景

大脑与内脏器官之间存在平常的双向通讯，关于生涯至关紧要。举例，肠谈-大脑通讯即是其中一条紧要路线，腹部内脏产生的体液和神经信号将代谢信息传递给大脑，以保管能量均衡。况且，最近的字据标明，无矍铄的肠-脑信号还能调度高档理解经过，如动机、形貌、学习和哀吊等。这为开发针对难治性代谢和神经系统疾病（如难治性抑郁症、痴肥症或糖尿病）的微创自主神经调度疗法提供了契机。然则，由于缺少合适的植入式生物集成多功能勾引，识别脑-内脏通讯影响神经理解景色的机制一直具有挑战性。传统生物集成勾引制造依赖光刻时期，存在诸多局限，如需要特意的洁净室环境、不得当快速定制等。因此，需要一种新的制造设施来满足需求。

二、参议本色

（一）多功能微电子纤维的制备与特点

1、脑用纤维

1.1 制备经过

通过热拉伸多层聚碳酸酯（PC）预制棒（玻璃化飘摇温度Tg=150℃，杨氏模量E=1.8-3.2GPa）制成。在拉伸经过中，同期喂入互连（银-铜，Ag-Cu，直径40μm）和记载电极微丝（钨，直径25μm）的线轴。

1.2 特点

电极：掺入钨微丝的纤维提供了低阻抗微电极（在1kHz时|Z|=46.3±6kΩ），且在磷酸盐缓冲盐水（PBS）中浸泡7周电极阻抗加多可忽略不计，团聚物包层无泄走电流。

光强：集成的蓝色μLED光强在0.6mWmm-2到70mWmm-2之间可调，足以进行光遗传行径调度。

热传感器：哄骗二极管的温度关连电流-电压（I-V）特点记载组织散热，传感器检测到的温度变化可忽略不计。

微流体通谈：颅内打针时，在生理关连打针速率（20-100nls-1）下，流体输注复返率为80-100%。

迤逦刚度：纤维迤逦刚度在25-33Nm-1之间，远低于访佛尺寸的二氧化硅和不锈钢探针。

2、肠用纤维

2.1 制备经过

以热塑性三嵌段弹性体聚（苯乙烯-b-乙烯-丁烯-b-苯乙烯）（SEBS）（Tg=140℃，E=3-5MPa）为包层，通过管理拉伸将预制棒拉伸成约50m长的连气儿微步调纤维（535×315μm²），同期引入互连微丝。

2.2 特点

照明：名义装置的μLED可杀青侧向照明，光输出踏实，在肠谈组织中光学穿透深度为0.15-1mm，照明体积在0.9-8.8mm³之间。

机械性能：在1mm和5mm变形下进行104次轮回的迤逦测试，勾引性能不受影响；在90°和180°迤逦变形下光输出变化可忽略不计；可在肠谈内植入而不毁伤上皮组织。

微流体通谈：在与肠谈养分运输关连的打针速率（1-5μls-1）下，复返率在60-90%之间。

（二）无线操作模块NeuroStack

1、模块想象

由定制印刷电路板构成，佩带MDBT42V无线微收尾器（招揽NordicnRF52832芯片和片上PCB天线），通过BLE与中央系统（nRF52840DK开发套件）通讯，灵通基站筹备机。

圆形板边际的公头引脚用于灵通和断开植入探针，板底部的两个垂直引脚用于灵通和拆卸可选模块，可选模块可精准收尾光强度。

2、功能特点

可驱动纤维μLED，通过数字-模拟转机器收尾光刺激强度、脉冲体式等。

哄骗纤维中的μLED行为温度传感器，通过低dropout调度器和放大器测量温度，默许采样率为。

招揽11mAh可充电锂电板，脑勾引单次充电可启动长达1h，肠勾引发轫可启动30min（经校正后可达2h），可通过招揽轻量、高容量电板延迟启动时刻。

（三）多功能微电子纤维在脑-肠神经回路参议中的应用

1、大脑中脑多巴胺神经元的多模态参议

1.1 践诺经过激情文学

将纤维立体定向植入DAT::Cre转基因小鼠的VTA，通过微流体通谈寄递佩带ChR2基因或对照基因的腺关连病毒（AAV5）。

哄骗集成电极和μLED进行光-电生理监测，记载神经元举止。

通过纤维热传感器检测颅内温度，如在灵通场践诺中同期进行无线光刺激时检测脑温（见图5f），以及检测麻醉药物（氯胺酮-赛拉嗪）引起的脑温变化。

对抒发ChR2的小鼠进行RTPP任务，测试不同光刺激条目下的行径偏好。

1.2 践诺收尾

告捷在VTA中抒发ChR2，不雅察到光学诱发的神经举止，阐述了纤维的基因传递和光-电生理监测功能。

无线光刺激VTA中的DA神经元可激励奖励行径，发扬为小鼠对光配对腔室的偏好加多，且对小鼠携带活性无权贵影响。

2、肠-脑通讯的多模态参议

2.1 肠谈神经回路的调制

2.1.1 践诺经过

抓政生型小鼠中，通过肠纤维的微流体通谈向肠谈内输注蔗糖溶液，同期记载迷跑神经放电率。

在抒发ChR2的Cck细胞或Pyy细胞的小鼠肠谈中，光遗传刺激相应细胞，不雅察迷跑神经放电率变化。

在大脑VTA植入纤维的小鼠中，记载肠谈内运输蔗糖或盐水时VTA区神经元举止。

2.2.2 践诺收尾

肠谈内输注蔗糖溶液可加多迷跑神经放电率，光遗传刺激Cck或Pyy细胞也可加多迷跑神经放电率，标明肠纤维可有用调制肠谈神经回路。

肠谈内蔗糖运输可加多DA神经元放电率，辅导肠谈养分感知与大脑神经举止存在关联。

3、肠信号对大脑功能的影响

践诺经过：在十二指肠慢性植入纤维的Phox2b::ChR2小鼠中，进行RTPP任务，光遗传刺激抒发ChR2的上消化谈投射迷跑神经传入纤维，不雅察小鼠行径偏好。

践诺收尾：光刺激可使小鼠对光配对的腔室产生偏好，标明肠谈信号可奏凯调控大脑核心神经系统功能。

三、参议真谛

本参议开发的多功能微电子纤维时期克服了传统纤维基神经接口的诸多局限，如功能局限于顶端、被迫特点、无法无线操作等。该时期可在解放举止小鼠中与大脑和胃肠谈建造踏实的生物电子接口，杀青对脑-肠神经回路的无线调制。这为参议脑-肠信号传导提供了有劲器用，有望在明天深刻揭示外周器官与大脑双向通讯中特定细胞的作用，鼓舞对健康和疾病景色下内感受集聚的参议。

四、扫数来作念作念题吧

1、传统生物集成勾引制造依赖的光刻时期不得当快速定制，主要原因是什么？

A.光刻时期需要无边资金插足。

B.光刻时期的薄膜性质导致勾引各部分需独处制造和手动拼装。

C.光刻时期对环境要求过高。

D.光刻时期的制造经过过于复杂。

2、脑-内脏嗅觉信号传导参议濒临挑战的主要原因是什么？

A.大脑和内脏器官结构过于复杂。

B.缺少合适的植入式生物集成多功能勾引。

C.对神经理解景色的参议设施有限。

D.脑-内脏通讯信号难以检测。

3、脑用纤维在拉伸经过中同期喂入互连和记载电极微丝的指标是什么？

A.增强纤维的柔韧性。

B.进步纤维的导电性。

C.杀青纤维的多功能集成。

D.加多纤维的强度。

3、肠用纤维比脑用纤维柔嫩的主要原因是什么？

A.肠用纤维招揽了更软的包层材料。

B.肠用纤维的制备工艺不同。

C.肠用纤维不需要承受太大压力。

D.肠用纤维的尺寸更小。

4、NeuroStack模块招揽蓝牙低功耗（BLE）通讯契约的主要上风是什么？

A.裁减模块的能耗。

B.进步通讯速率。

C.加多通讯距离。

D.便于与其他勾引灵通。

5、NeuroStack模块中可选模块的主要作用是什么？

A.延迟模块的电板寿命。

B.进步模块的踏实性。

C.精准收尾光强度。

D.增强模块的通讯才气。

6、在大脑中脑多巴胺神经元的参议中，通过纤维微流体通谈向VTA寄递病毒载体的指标是什么？

A.象征多巴胺神经元。

B.改造神经元的活性。

C.杀青基因传递。

D.检测神经元的温度。

7、在肠-脑通讯参议中，光遗传刺激肠谈内的Cck或Pyy细胞后不雅察到了什么收尾？

A.改造了肠谈的蠕动速率。

B.加多了迷跑神经放电率。

C.影响了大脑的温度。

D.调度了小鼠的携带活性。

8、多功能微电子纤维时期对传统纤维基神经接口的主要冲破是什么？

A.进步了纤维的柔韧性。

B.杀青了无线操作和更多功能集成。

C.裁减了纤维的制变资本。

D.加多了纤维的使用寿命。

9、该参议效能对明天神经科学参议的主要影响是什么？

A.为开发新的神经疾病休养设施提供了依据。

B.使神经科学参议愈加堤防肠谈神经回路。

C.鼓舞了神经科学参议中勾引制造时期的发展。

D.有助于深刻相识外周器官与大脑的双向通讯机制。

参考文件：

Sahasrabudhe A激情文学， et al. Multifunctional microelectronic fibers enable wireless modulation of gut and brain neural circuits. Nat Biotechnol. 2024 Jun;42(6):892-904.