高速電子泵成功模擬神經(jīng)信號，速度堪比活體神經(jīng)元

本文作者：江小片

2016-11-05 09:53

導(dǎo)語：這種離子泵傳遞神經(jīng)遞質(zhì)的速度和活體神經(jīng)元傳遞的速度相當。

Photo: Thor Balkhed/Link?ping University

有機電子離子泵有6個小孔（位于金色方塊上的黑點），這些小孔能夠高速釋放神經(jīng)遞質(zhì)。為了比較大小，我們把這個離子泵放在瑞典硬幣（大約 1 美分硬幣大?。┡赃叀?nbsp;

人類神經(jīng)元傳遞信息的速度比我們眨眼的速度還快 30 倍。一個神經(jīng)元能在 10 毫秒內(nèi)通過細胞膜釋放化學(xué)物質(zhì)，隨即鄰近細胞上的受體接收這種化學(xué)物質(zhì)，信息就這樣被傳遞出去。

到目前為止，即使在微流體的作用下，研究者們也仍然模擬不了高速化學(xué)信號。目前，瑞典 Link?ping 大學(xué)的一個團隊已經(jīng)設(shè)計并創(chuàng)造了一種電控離子泵，這種離子泵傳遞神經(jīng)遞質(zhì)的速度和活體神經(jīng)元傳遞的速度相當。

這款新儀器是在由同一個實驗室研發(fā)的老版的有機電子離子泵（OEIP）的基礎(chǔ)上改進的版本。此儀器依靠電場使帶電粒子不在任何流體的作用下穿過薄膜。這個 2.5 厘米的泵是由金屬制成，通過光刻技術(shù)使聚合物通道印到玻璃上，并且和電源連接。

傳統(tǒng)的儀器是將離子從離子源沿著通道水平地移動到目標區(qū)域，這些離子可能是任何一種小的帶電粒子，如：神經(jīng)遞質(zhì)、質(zhì)子和金屬離子等。上述的橫向運動相對緩慢，有時從給上電到離子到達靶點需要數(shù)秒才能完成。然而這種新研發(fā)的泵利用了聚合物薄膜的超薄特點，通過縱向運動達到目的。

“我們沒有采用橫向穿過數(shù)毫米的薄膜，而是采用了同一種薄膜的縱向厚度，只需要縱向穿過幾百納米。”研究小組的成員 Daniel Simon 說，同時他還是 Link?ping 大學(xué)有機電子實驗室的助理教授。

它的工作原理是這樣的：

電流沿著六條水平路徑推動神經(jīng)遞質(zhì)，每條路徑的中間有一個小孔，一打開開關(guān)，研究人員激活可以改變離子源的電場，迅速將帶電粒子沿著短的豎直通道射向小孔。
隨即研究人員給它們設(shè)定好一個靶點，比如一個細胞或者一片組織。這個團隊最開始使用乙酰膽堿測試儀器，乙酰膽堿是大腦和運動神經(jīng)元連接中的一種常見的神經(jīng)遞質(zhì)，它能使化學(xué)物質(zhì)在 45 到 50 毫秒內(nèi)到達靶點。
這六個新高速排列的離子傳遞通道都能被分別激活，這就使研究者能夠自由地將神經(jīng)遞質(zhì)傳遞到樣本的任何部分。因此，他們能夠用乙酰膽堿激活培養(yǎng)皿中的一組神經(jīng)元而不破壞到其他神經(jīng)元。

目前這個團隊正在活體細胞上測試儀器，除了能夠提高我們研究神經(jīng)元信號的能力，這種技術(shù)還能打開高速傳遞神經(jīng)遞質(zhì)的腦部移植發(fā)展的大門。將來，這種離子泵還可能聯(lián)合化學(xué)療法，用在如今的大腦電刺激療法上，比如深度刺激大腦來治療癲癇，Simon 說，“通過身體不能正常產(chǎn)生信號的化合物來治療神經(jīng)退行性疾病，有著無限可發(fā)展的機會?！?/span>

via spectrum

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高速電子泵成功模擬神經(jīng)信號，速度堪比活體神經(jīng)元