聚合增强的压电纳米传感器在低强度聚焦超声波下促进了无转基因无线神经刺激
Chengqian Cui1, Xize Gao1, Jingwei Li1
1School of Biomedical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China.
ACS nano
|December 19, 2025
概括
这项研究引入了用于超声驱动神经调节的增强型压电纳米传感器. 这些新型传感器显示出提高了效率和安全性,为治疗应用提供了侵入性方法的有希望的替代方案.
科学领域:
- 生物材料科学 生物材料科学
- 神经科学是一个神经科学.
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 目前的神经调节技术面临的局限性包括基因修饰要求或侵入性.
- 压电纳米传感器提供非遗传,空间控制的神经调节,但遭受低输出和不受控制的细胞吸收.
- 现有的方法缺乏用于广泛治疗的精度和安全性.
研究的目的:
- 开发一个聚合增强的压电纳米传感器,提高了超声驱动神经调节的性能.
- 在细胞和动物模型中研究这些新型纳米传感器的疗效和生物相容性.
- 建立一个无转基因,最少侵入性的神经调节策略.
主要方法:
- 使用BaTiO3纳米粒子在UiO-66MOF芯上构建的亚微米压电纳米传感器,涂有多多巴胺.
- 应用1MHz低强度聚焦超声波来刺激分化的PC12细胞和老鼠运动皮层.
- 评估了细胞反应 (流入),神经活动 (ECoG,EMG),神经激活 (c-Fos) 和组织安全.
主要成果:
- 纳米传感器表现出加强的电场合和减少细胞吸收.
- 在可调节效率的PC12细胞中证明了超声波引起的流入.
- 在老鼠中获得了强大的ECoG和特定区域的EMG反应,与电极刺激相比.
- 在刺激部位确认显著的神经元激活,具有有利的短期和长期生物相容性和神经安全性.
结论:
- 开发的聚合增强型压电纳米传感器提供了有效的超声驱动神经调节.
- 这种无转基因,最少侵入性的方法显示出作为治疗替代品的巨大潜力.
- 纳米传感器为精确的神经控制提供了一个安全高效的平台.
