芬兰推出用于医疗的针型微型传感器

 近日，由芬兰阿尔托大学的艾米莉亚·佩尔托拉领导的研究小组正在开发一种外形类似于针的微型传感器。该微型传感器在医疗领域将具有重大的意义，能够在抑郁症、慢性疼痛、帕金森氏病、癫痫病等众多疾病治疗中发挥十分重要的作用。

深部脑刺激在帕金森氏病和癫痫的治疗中取得了良好的效果。该疗法涉及用电刺激患者的大脑，以产生多巴胺之类的神经递质。如果将传感器添加到安装在大脑中的治疗设备中，医生将实时了解神经递质对治疗的反应。因为一般情况下，神经递质太小，无法用肉眼看到，因此目前没有任何设备可以可视化我们的治疗发挥作用的方式，从而迫使我们采用其他方式来收集信息。

“这种传感器的绝对好处是它们产生的数据的实时性。神经递质在细胞之间的移动非常迅速，只有实时方法才能让我们知道每种物质中存在多少特定物质。在特定的时刻，治疗将变得更加有效，并且将会减少不良反应的风险，”Peltola说。

Peltola既是科学技术博士，也是医学研究员，多学科背景是她的工作优势，让她能将技术与生物学结合在一起。她在2019年春季获得了芬兰科学院的一笔赠款，并由Jane和AatosErkko基金会提供了资金，她正在寻找用于测量神经递质的传感器的最佳合成材料。

迈向新型治疗

除了神经递质的浓度外，重要的是要知道神经递质的释放位置、细胞释放该物质的速度以及细胞摄取该物质需要多长时间，而现有方法无法收集此信息。

放置大脑部位的传感器应确定要测量的神经递质，局部测量可提供有关疾病机制以及大脑和药物功能的最新信息。Peltola相信，如果要在体内进行测量，研究人员可以开发新的诊断和治疗方法。

“我们可以有新的疗法，不仅可以减缓疾病，而且可以阻止甚至治愈疾病。”

正确的材料将使传感器成为人体的一部分

当用针刺破手指却无法拔出时会发生什么?为了保护你，你的身体会在“针”周围生长疤痕组织。这是一件好事，因为感染可能会传播并可能危及你的生命。当你的身体(而不是碎片)遇到有意放置以治疗目的的物体(例如传感器)时，你的身体将以相同的方式做出反应。

需要保护我们的免疫系统使Peltola的工作具有挑战性，因为在传感器周围形成的疤痕组织会阻止其应测量的物质到达其表面，并且妨碍了准确的测量。

研究人员希望，嵌入人体的传感器将成为其组织的一部分，当神经细胞附着在传感器上时，就会发生这种情况。但是我们的身体可以将神经胶质细胞发送到传感器周围，它们会形成疤痕组织，从而妨碍测量。为了使传感器吸引正确种类的细胞，其表面必须为特定类型，但是研究人员尚未确定这种类型是什么样的。

蛋白质的好坏

仅解决疤痕组织问题将涉及大量工作。另外，蛋白质问题也让研究人员头痛。

蛋白质是所有细胞的组成部分，它们几乎执行细胞的所有功能：细胞运动、细胞融合、信号转导和免疫防御。但是，蛋白质虽然对人类至关重要，但却不利于传感器的功能。它们沉淀在传感器表面上，防止被测物质到达那里。传感器在盐溶液中可以很好地工作，但是每当流体(例如血液样本或细胞培养液)中含有蛋白质时，测量就不会那么成功。

不过发现表面上的蛋白质附着并不总是破坏测量结果，这使研究变得更具挑战性。然而，传感器功能与蛋白质含量之间的相关性仍是一个谜。实验已经检测到，即使许多蛋白质附着在其表面上，传感器的电化学也仍然起作用，这意味着仅存在大量蛋白质并不意味着传感器将无法运行。研究人员仍然需要探索如何利用表面结构以不干扰测量的方式来引导蛋白质的附着。

纳米纤维的厚度决定性

Peltola在Micronova工作，该实验室具有良好的实验研究设施。尽管不需要实际的无尘室，但检查成品传感器必须进行无菌工作。她实验室的一个橱柜里装有各种样品传感器供研究，它们的材料结合了不同的碳同素异形体。一旦准备好传感器材料，就该进行实际实验了，该实验将研究神经递质的测量以及细胞与各种碳表面之间或蛋白质表面之间的相互作用。

在研究碳纳米纤维时，Peltola和她的同事们发现了纳米纤维的厚度与细胞形状之间的联系。这种联系帮助他们推断出厚度还影响附着在传感器表面的细胞，所需的神经细胞或不良的神经胶质细胞。

Peltola认为，在芬兰科学院进行的为期五年的研究过程中，她的研究可能会发展为动物试验。即使最终产品投入使用需要十多年的时间，这项研究仍将为神经和医学研究提供有用和适用的知识，并进一步加深我们对大脑和各种疾病的一般理解。

研究人员在样品片或移液器纳米金刚石的表面上生长碳纳米管和纤维。纳米纤维和纳米管由石墨烯，碳同素异形体制成，而纳米金刚石是微观上小的合成金刚石。

使用这种培养皿可以获得细胞培养的本地信息，孔的底部包含并排放置的44个微观传感器。