新的量子材料可以警告神经系统疾病

通过说出大脑的语言，材料就是电子学与大脑之间的门户。如果大脑可以发现自己的疾病该怎么办?研究人员一直在尝试创造一种像大脑一样“思考”的材料，这种材料对帕金森氏症等神经系统疾病的早期征兆更加敏感。

思考还有很长的路要走，但是普渡大学和阿贡实验室的研究人员已经设计出了一种至少可以“监听”的新材料。

通用语是离子电流，它帮助大脑执行特定的反应，这是发送信号到呼吸这样基本的东西所需要的。检测离子还意味着检测分子的浓度，这是大脑健康的指标。

在《自然通讯》上发表的一项研究中，研究人员证明了量子材料在置于动物模型的大脑切片下方时能够自动接收氢的能力。量子意味着该材料具有既不能用经典物理学来解释的电子特性，又使其在电子学中使用的其他材料(例如硅)上具有独特的优势。

在这种情况下，边缘是强的“相关”电子，这使材料更加灵敏和可调谐。

“目标是弥合电子如何通过电子思考和大脑如何通过离子思考之间的差距。该材料帮助我们找到了可能的桥梁。”普渡大学工程学院吉布莱斯博士后研究员，该论文的第一作者张海天说。

研究人员说，从长远来看，这种材料甚至可能带来“下载”您的大脑的能力。

普渡大学材料工程学教授Shriram Ramanathan说：“想象一下将电子设备放在大脑中，这样当自然的大脑功能开始恶化时，人们仍然可以从该设备中恢复记忆。”他的实验室专门研究大脑启发性技术。

他说：“我们可以自信地说，这种材料是构建可存储和传输内存的计算设备的潜在途径。”

研究人员在两种分子上测试了这种物质：葡萄糖(一种产生能量的糖)和多巴胺(一种调节运动，情绪反应和记忆力的化学信使)。

由于多巴胺的含量通常在大脑中较低，而对于帕金森氏症患者甚至更低。因此，检测这种化学药品一直非常困难。但是，尽早检测多巴胺水平将意味着更快地治疗该疾病。

“这种量子材料对多巴胺的敏感性比我们目前在动物模型中使用的方法高出九倍，”位于发现公园的普渡大学综合神经科学研究所生物科学助理教授亚历山大·楚比金说。

量子材料对所谓的“相关电子”之间的强相互作用具有敏感性。研究人员首先发现，当将材料与葡萄糖分子接触时，氧化物会通过酶自发地从葡萄糖中夺取氢。从小鼠脑片释放的多巴胺也发生了同样的情况。

正如阿贡实验室的研究人员创建的实验模拟所显示的那样，它对氢具有很强的亲和力，从而使材料无需电源即可自行提取原子。

Ramanathan说：“我们没有为吸收氢的材料提供动力，这意味着它可以带来具有高灵敏度的超低功耗电子产品。” “这对于探测未开发的环境也可能会有所帮助。”

研究人员还说，这种材料不仅可以感应葡萄糖和多巴胺，还可以感应一系列分子的原子。下一步是创建一种使材料“回话”大脑的方法。

这项工作得到了多个实体的支持，包括普渡大学工程学院的吉尔布雷斯奖学金，科学基金会，空军科学研究所，心理健康研究所，海军研究处和国防部。科学能源办公室。

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