The microfluidic ion pump: a new tool for understanding the brain
The microfluidic ion pump: a new tool for understanding the brain
批准号:
BB/T009314/2
负责人:
Christopher Proctor
金额:
$70.13万
依托单位:
依托单位国家:
英国
项目类别:
Fellowship
财政年份:
2022
资助国家:
英国
项目状态:
未结题
起止时间:
2022 至 --
中文摘要
生物学的语言主要是化学的。细胞和组织使用各种化学物质来交流和控制基本功能。一种特定化学物质的效果可能会因地点、时间和浓度而异,就像一个给定单词的含义可能会因上下文而异一样。尽管如此,科学家们缺乏工具,可以将控制量的化学物质发送到组织内的精确位置,而不会造成重大损害。当涉及到与大脑的接口时尤其如此,因为植入物很容易破坏作为研究对象的细胞和组织。由于缺乏一种微创工具来在大脑中输送化学物质,限制了我们理解最复杂器官的能力。我提出了一个创新的解决方案:一种具有神经元特征的微型植入物,神经科学家可以使用它来安全地将各种化学物质输送到大脑中,并精确控制何时、何地以及输送多少化学物质。被称为微流体离子泵的设备通过使用小电场将化学物质从内部微流体储存器穿过离子传导膜推到周围组织来工作。这些设备将按照神经元的形象设计,具有感知和传递化学物质的能力,沿着与神经组织同等的结构特征和机械性能。通过模仿神经组织,植入物将限制植入过程中造成的损伤,并减轻身体对外来植入物的标准防御机制。这将使这些设备能够长时间植入动物模型的大脑中,同时为科学家提供一种精确控制重要化学物质局部输送的方法。这个工具的实现将使我们能够发现大脑如何工作以及当它出错时我们可以做些什么。由于化学信号对从动物到植物再到细菌的所有生命系统都是至关重要的,这些相同的研究工具最终将适用于其他系统,从而使基础发现能够影响从农业到医疗保健的所有生活方式。
英文摘要
The language of biology is primarily chemical. Cells and tissues use a variety of chemicals to communicate and to control basic functions. The effect of a given chemical can vary depending on location, timing and concentration just as the meaning of a given word can change depending on context. Nonetheless, scientists lack tools that can send controlled amounts of chemicals to precise locations within tissues without causing significant damage. This is particularly true when it comes to interfacing with the brain as implants can easily destroy the very cells and tissue that are the subject of study. The absence of a minimally invasive tool for chemical delivery in the brain constrains our ability to understand our most complex organ. I propose an innovative solution to this problem: a tiny implant with neuron-like features that neuroscientists can use to safely deliver a wide range of chemicals in the brain with precise control of when, where, and how much chemical is delivered. The device known as the microfluidic ion pump works by using a small electric field to push chemicals from an internal microfluidic reservoir across an ion conducting membrane out to the surrounding tissue. These devices will be designed in the image of neurons with the ability to sense and deliver chemicals along with structural features and mechanical properties on par with nerve tissue. By mimicking nerve tissue, the implants will limit the damage caused during implantation and will mitigate the body's standard defence mechanism against foreign implants. This will enable the devices to be implanted in the brain of animal models for extended periods of time all the while providing scientists with a means to precisely control the local delivery of important chemicals. The realization of this tool will enable new discoveries concerning how the brain works and what we can be done when it goes wrong. As chemical signalling is fundamental to all living systems from animals to plants to bacteria, these same research tools will eventually be adapted to other systems to enable fundamental discoveries impacting all manners of life from agriculture to healthcare.
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负责人:Christopher Proctor
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依托单位:
The microfluidic ion pump: a new tool for understanding the brain
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批准号:BB/T009314/1
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项目类别:Fellowship
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