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新型紅外激發(fā)納米探針助力神經(jīng)活動(dòng)研究

2020-04-20 11:49:46來(lái)源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：鉀離子閱讀量：5165

　　【儀器網(wǎng) 生物醫(yī)藥】我們都知道神經(jīng)傳遞的是電信號(hào)，而電信號(hào)的產(chǎn)生與傳遞是通過(guò)鈉(Na+)、氯(CI-)、鉀(K+)等帶電離子流過(guò)細(xì)胞膜實(shí)現(xiàn)的，其中主要的是鈉離子與鉀離子的變化。當(dāng)神經(jīng)元接收刺激時(shí)，細(xì)胞膜上的離子通道產(chǎn)生功能性變化，通過(guò)影響鈉離子與鉀離子的在細(xì)胞內(nèi)外流動(dòng)對(duì)刺激產(chǎn)生反應(yīng)并傳進(jìn)行遞。通過(guò)監(jiān)測(cè)細(xì)胞外的鉀離子濃度就可以觀察神經(jīng)活動(dòng)的變化，因此鉀離子成像現(xiàn)在已經(jīng)成為神經(jīng)系統(tǒng)研究的新手段。

　　然而目前鉀離子探針的激發(fā)依靠的是紫外或可見(jiàn)光，而紫外與可見(jiàn)光在或組織中很容易被吸收或散射，因此鉀離子探針智能應(yīng)用于大腦淺層。而且目前的鉀離子探針選擇性較差，對(duì)與鉀離子與鈉離子的區(qū)分度不夠，而在神經(jīng)元活動(dòng)時(shí)，鈉離子與鉀離子的流動(dòng)特征并不相同，所以進(jìn)行鉀離子成像時(shí)會(huì)受到很大的干擾。

　　針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心(神經(jīng)科學(xué)研究所)、上海腦科學(xué)與類腦研究中心、神經(jīng)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室杜久林研究組、熊志奇研究組與中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所施劍林、步文博研究組合作研發(fā)了一種新型納米探針技術(shù)。這種鉀離子熒光納米探針利用近紅外光激發(fā)，具有更高的穿透深度以及鉀離子選擇性。

　　探針由上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米顆粒、鉀離子感應(yīng)探針、鉀離子選擇性薄膜三層構(gòu)成球狀的核殼結(jié)構(gòu)，總直徑為85 nm左右。上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米顆粒位于內(nèi)核，作用是將近紅外光轉(zhuǎn)化為可以激發(fā)中層鉀離子感應(yīng)探針的可見(jiàn)光，使穿透性更好的近紅外光可以用于鉀離子成像。鉀離子選擇性薄膜位于外層，只允許鉀離子進(jìn)出，排除了鈉離子等陽(yáng)離子的干擾，使探針對(duì)鉀離子具有特異性響應(yīng)。

　　研究人員利用小鼠偏頭痛模型和斑馬魚(yú)癲癇模型對(duì)這種鉀離子納米探針進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，運(yùn)用新探針檢測(cè)兩種模型中大腦鉀離子濃度的變化。結(jié)果證明這種新探針在偏頭痛和點(diǎn)血的研究中可以為之前難以驗(yàn)證或還不清楚的問(wèn)題提供新的證據(jù)與數(shù)據(jù)，將在鉀離子濃度變化與神經(jīng)系統(tǒng)異常活動(dòng)關(guān)系的研究中發(fā)揮重要作用。

　　這項(xiàng)工作開(kāi)辟了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)神經(jīng)元中離子濃度變化的新方法，除此之外，還為研究其它粒子納米探針的近紅外光激發(fā)提供了新的思路。

　　資料來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心

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