持续监测神经递质的动态变化对于深入理解神经系统功能、探究神经疾病发病机理至关重要。其中，多巴胺作为一种重要的神经递质，在调节情绪、认知和运动功能方面发挥着关键作用。多巴胺水平的异常变化与多种神经系统疾病如帕金森病、精神分裂症等密切相关。传统的多巴胺监测方法往往基于微透析、医学影像等技术，存在着体积庞大、特异性差、植入困难等问题，仍待突破。

荧光式传感因其优异的灵敏度和稳定性而被广泛应用于健康监测与疾病诊断领域。然而，受限于荧光材料的种类以及荧光光度计的微型化技术，用于多巴胺实时监测的柔性植入式荧光探针鲜有报道。金属有机框架(MOF)具有结构可调性、多孔性、表面积大等特点，有望进一步应用于植入式荧光传感领域。

基于此，天津大学黄显教授与之江实验室凌伟等人提出了一种基于MOF的柔性植入式荧光探针。该探针由薄膜发光二极管(LED)，光电晶体管以及功能化的表面涂层组成，可用于深脑区多巴胺的实时传感。相关成果以“Miniaturized Implantable Fluorescence Probes Integrated with Metal−Organic Frameworks for Deep Brain Dopamine Sensing”为题发表在《ACS Nano》上，天津大学黄显教授和之江实验室唐弢副研究员为论文通讯作者，之江实验室高级研究专员凌伟和工程专员尚薛为论文第一作者。该工作得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金、浙江省重点研发计划等项目的资助。

【系统组成与工作原理】

该柔性植入式荧光探针包括用于荧光激发的紫外LED和用于荧光强度检测的光电晶体管，两者皆通过研磨抛光工艺减薄至30 μm，以便转印集成于柔性基底上。同时合成了具有多孔结构的能与多巴胺特异性结合的MOF，并修饰于探针的上表面。该柔性探针的总厚度仅120 μm，可通过微创技术植入于深脑。通过探针中的LED激发MOF荧光，并实时检测MOF与多巴胺结合后的荧光强度变化，可实现对脑组织中多巴胺浓度的实时监测。

图1. 柔性植入式荧光探针的系统组成与工作原理

【体外性能表征】

该工作通过溶剂蒸发法合成了具有多孔结构的荧光MOF。该MOF在液态环境中也具有优异的结构稳定性，且其荧光强度随多巴胺浓度线性变化。所构建的荧光探针对μM级的多巴胺浓度变化具有高灵敏的响应，检出限低至79.9 nM。同时，该荧光探针也表现出了优异的可逆性，选择性和稳定性，可在复杂生理环境中实现对多巴胺的特异性传感。

图2. MOF的结构属性及荧光探针的性能表征

【在体功能验证】

该荧光探针被植入于活体大鼠中以进一步验证其在体监测多巴胺的能力。通过记录该探针的光电响应成功观察到了深部脑刺激下多巴胺水平的动态波动，并捕获到了因多巴胺释放所造成的电流脉冲(dopamine transient)，展示了该探针在多巴胺动力学研究及相关疾病溯源分析中的潜在应用。

图3. 基于植入式荧光探针的深脑多巴胺实时监测

【生物相容性评价】

器件的生物毒性及其植入后的组织排异反应是脑机接口器件的另一关键性能。为了探究该荧光探针与柔软脑组织的生物相容性，该工作进一步通过细胞毒性测试和双标记免疫荧光实验进行了验证。该探针对体外共培养的PC12细胞无毒副作用，且植入后所造成的炎症反应与商用光纤相当，展示了MOF基荧光探针的优异生物相容性，有望应用于神经递质动力学的长期监测。

图4. 柔性植入式荧光探针的生物相容性评价

【总结与展望】

该工作提出了一种基于荧光MOF的微型化植入式荧光探针，实现了对深脑组织中多巴胺水平的实时连续监测，为构建新一代高性能的柔性植入式脑机接口器件提供了全新的途径。通过调控MOF的结构属性和引入阵列式的光电器件，这项技术有望拓展至其他神经递质，如乙酰胆碱、血清素等的探测，从而构建针对多种神经递质的多功能传感系统，为神经系统研究提供了集成化的平台。