鑽石舞台

圖1文章的整體示意圖（TOC）

研究背景：神經科學的核心是通過大腦中的神經遞質進行信息處理。然而，破譯神經遞質的傳輸需要先進的技術，從空間和時間尺度上對化學神經遞質的釋放進行多路徑測量。因此，對活體腦組織中信號分子的實時監測不僅具有前瞻性，而且具有挑戰性。場效應晶體管（FET）生物傳感器通過測量生物分子的固有電荷變化可實現高靈敏度和無標記檢測，近年來發展快速，取得了重要進展。此外，FET生物傳感器的檢測電壓較小（通常<0.3V），因此對生物體的損害小。然而，傳統的硅基場效應管芯片尺寸太大，無法直接植入活體組織進行體內監測，因此，需要發展尺寸小、生物友好且具備高靈敏、高特異性、快速響應的生物傳感器用於活體測量。

文章簡介：不鏽鋼針灸針具有體積小、堅韌、光滑、安全無毒等特點，湖北中醫藥大學張國軍教授、李玉桃副教授團隊在前期的工作中已經製備了一系列電化學針灸傳感針並證明了針灸針作為傳感器的檢測能力，受此啟發，他們首次製作了一種基於針灸針的FET微型生物傳感器並將其插入鼠腦監測神經遞質的釋放。為了構造FET傳感器，針體依次塗覆有Parylene絕緣層、Au層和Parylene絕緣層（最外層的Parylene用於保護金層並減小漏電流。）。接着使用磨針儀進行打磨，暴露內部的不鏽鋼-Parylene-Au-Parylene的結構。然後，將還原氧化石墨烯(RGO)滴在尖端的橫截面上，連接不鏽鋼針(漏極)和Au層(源極)，隨後用適配體進一步修飾，成功製備了基於多巴胺(DA)適配體的針型FET生物傳感器用於正常鼠腦中的多巴胺以及帕金森大鼠模型體腦內的DA的實時監測。所製備的針型FET傳感器具有高靈敏度、高選擇性、優異的機械韌性，對活體組織的損害很小。作者隨後又用該針型FET傳感器成功檢測了包括激素(神經肽Y)、蛋白質和核酸在內的多種標誌物，並進一步證明能夠在體內實時監測神經肽Y。

圖2.針型場效應晶體管生物傳感器的製備圖

研究內容：

圖3適配體/RGO針型FET傳感器的體外多巴胺監測

通過多種表徵手段驗證針型FET生物傳感器的成功製備後，作者又研究了針型FET傳感器實時監測能力，測量了PBS溶液中不同濃度DA的實時電流響應以及傳感器對DA的良好選擇性，並在細胞水平上監測了DA的實時釋放。

圖4適配體/RGO針型FET傳感器的在體監測多巴胺

活體實驗中，作者將成功修飾的針型FET傳感器植入小鼠背側紋狀體(DS)進行DA的實時記錄。通過對照實驗我們證明了針型FET在活體實時檢測的能力。另外，藥物驗證實驗顯示針型FET傳感器可以監測體內不同藥物給藥後DA濃度的動態變化。最後用該傳感器成功檢測了帕金森模型大鼠和正常大鼠之間DA釋放水平的差異。

圖5針型FET傳感器在電化學非活性分子檢測中的應用

為了進一步擴大該方法的應用範圍，作者在傳感器針尖修飾不同適配體，並將其成功應用於非電活性神經遞質（NPY）、蛋白（MUC1）和核酸（miRNA21）的檢測能力。在驗證了該傳感器對NPY具有實時檢測能力之後，作者進一步將其用於活體檢測，證明針型FET可以很好的用於活體非電活性物質的實時監測。

結論與展望：

作者在傳統針灸針的基礎上開發了一種新型的針型FET傳感器，具有檢測多樣性、便攜性、韌性以及可再生性，完美地滿足了體內信號分子實時監測的要求，有望為神經科學研究提供一種有效的技術手段。該團隊實驗室目前正在努力使用其他具有半導體性質的納米材料作為傳感通道，並檢測其他非電化學活性分子。在未來，該針型FET生物傳感器有望成為分析體內信號分子的強大工具，從而促進分析化學、生命科學以及神經科學的跨學科研究領域的發展。

湖北中醫藥大學的張國軍教授和李玉桃副教授為論文的共同通訊作者。