Miniaturized Implantable Fluorescence Probes Integrated with Metal–Organic Frameworks for Deep Brain Dopamine Sensing

荧光 多巴胺 纳米技术 材料科学 神经科学 物理 生物 量子力学
作者
Wei Ling,Xue Shang,Chaonan Yu,Chenxi Li,Kedi Xu,Linqing Feng,Yina Wei,Tao Tang,Xian Huang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (15): 10596-10608 被引量:46
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c00632
摘要

Continuously monitoring neurotransmitter dynamics can offer profound insights into neural mechanisms and the etiology of neurological diseases. Here, we present a miniaturized implantable fluorescence probe integrated with metal-organic frameworks (MOFs) for deep brain dopamine sensing. The probe is assembled from physically thinned light-emitting diodes (LEDs) and phototransistors, along with functional surface coatings, resulting in a total thickness of 120 μm. A fluorescent MOF that specifically binds dopamine is introduced, enabling a highly sensitive dopamine measurement with a detection limit of 79.9 nM. A compact wireless circuit weighing only 0.85 g is also developed and interfaced with the probe, which was later applied to continuously monitor real-time dopamine levels during deep brain stimulation in rats, providing critical information on neurotransmitter dynamics. Cytotoxicity tests and immunofluorescence analysis further suggest a favorable biocompatibility of the probe for implantable applications. This work presents fundamental principles and techniques for integrating fluorescent MOFs and flexible electronics for brain-computer interfaces and may provide more customized platforms for applications in neuroscience, disease tracing, and smart diagnostics.
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