A biocompatible hydrogel-coated fiber-optic probe for monitoring pH dynamics in mammalian brains in vivo

生物相容性材料 体内 荧光 共价键 生物物理学 化学 纤维 生物医学工程 再现性 纳米技术 材料科学 色谱法 医学 生物 光学 物理 生物技术 有机化学
作者
Bingqian Zhou,Kuikui Fan,Tianfu Li,Guoming Luan,Lingjie Kong
出处
期刊:Sensors and Actuators B-chemical [Elsevier]
卷期号:380: 133334-133334 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.snb.2023.133334
摘要

The pH dynamics plays an important role in maintaining the homeostasis of the brain and is related to a variety of brain diseases. Yet, there are many challenges in designing long-term implanted probes to accurately detect weak pH changes in vivo in real time. Here, we report the first biocompatible hydrogel-coated fiber optic probe (HCFOP) for monitoring pH dynamics at high precision in brains of freely moving mice, to the best of our knowledge. The novel HCFOP is prepared by covalently linking hydrogel-coated silica multimode fiber to hydrogel fiber, which embeds pH-sensitive fluorescence microspheres. Based on fluorescence ratio detection, the pH sensor has a dynamic range from 3.0 to 9.0, and a resolution of 0.0014 pH units in the super sensitive range of pH 7.0–8.0, with good reproducibility, reversibility, and stability. During cerebral ischemia, we detect a decrease of pH by ∼0.5 after ∼15 mins in mouse brains. During epileptic seizure, we detect a decrease of pH by ∼0.3 after ∼1 h in the hippocampus. This biocompatible HCFOP provides a unique solution for assessing minor changes in pH of the brain microenvironments, thus holds great promises in neuroscience study.
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