我国科学家开发出“微型光电探针”可无线监测深层脑组织含氧量

　　大脑是对氧气最敏感的器官，脑组织中的氧含量直接影响大脑的代谢功能和功能完整性，并与脑疾病状态密切相关。脑组织氧分压是脑组织中的氧气压强，是大脑含氧量的重要指标。如何精准、便捷地监测脑组织氧分压，并解析其与神经活动的相互作用关系，是脑科学基础研究和脑疾病临床诊疗中的关键问题。

图为显微镜下的植入式微型光电探针。（受访者供图）

　　为此，清华大学、首都医科大学宣武医院、北京理工大学等国内多家单位研究人员，经过几年研究，开发出一种直径为300微米左右的植入式微型光电探针，在自由活动的动物深层脑组织中实现了无线、连续、实时、精准的脑组织氧分压监测，为深入探索脑组织中的氧气浓度变化与神经活动和脑疾病状态的关系提供了有效工具。该成果1月24日在线发表于国际学术期刊《自然·光子学》上。

　　研究团队通过设计制备微型薄膜式发光二极管（LED）和光电探测器，结合对氧气敏感的磷光涂层，加工成高度集成的植入式微型光电探针。“探针所发出的磷光信号对氧气具有高度敏感性，光强随氧分压的增加而减小，脑组织缺氧时会发强光，因此可通过光信号的强弱来测出氧气浓度，且探针响应时间小于1秒，便于实现动态响应。”论文通讯作者之一、清华大学电子工程系副教授盛兴说。

图为植入式微型光电探针工作示意图。（受访者供图）

　　此外，研究团队还开发了微型柔性电路用于无线能量与信号传输，配合微型光电探针，实现全植入式的光电氧分压传感系统。

　　研究人员通过微创方式将探针植入啮齿类动物（小鼠等）脑部，实现了对动物深部脑区的氧分压无线动态监测，探究脑组织氧分压的变化规律。在电刺激小鼠海马脑区诱导癫痫的模型中，也测得癫痫放电后海马、皮层等不同脑区显著的乏氧状态；同步监测癫痫过程中的神经电活动与局部组织氧分压变化，探索氧气在脑神经异常活动过程中的作用与机理。

图为光电氧分压传感系统测试动物脑组织氧含量变化。（受访者供图）

　　“这种新的无线脑组织氧分压监测的工具和方法，具有便捷、精准、实时等优势，未来有望为患有癫痫、脑肿瘤、脑卒中、颅内创伤等疾病的患者提供健康监护管理。”盛兴说。（记者魏梦佳）