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新型紅外激發(fā)納米探針助力神經(jīng)活動研究

2020-04-20 11:49:46來源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：鉀離子閱讀量：5144

　　【儀器網(wǎng) 生物醫(yī)藥】我們都知道神經(jīng)傳遞的是電信號，而電信號的產(chǎn)生與傳遞是通過鈉(Na+)、氯(CI-)、鉀(K+)等帶電離子流過細胞膜實現(xiàn)的，其中主要的是鈉離子與鉀離子的變化。當神經(jīng)元接收刺激時，細胞膜上的離子通道產(chǎn)生功能性變化，通過影響鈉離子與鉀離子的在細胞內(nèi)外流動對刺激產(chǎn)生反應(yīng)并傳進行遞。通過監(jiān)測細胞外的鉀離子濃度就可以觀察神經(jīng)活動的變化，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光，而紫外與可見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，對與鉀離子與鈉離子的區(qū)分度不夠，而在神經(jīng)元活動時，鈉離子與鉀離子的流動特征并不相同，所以進行鉀離子成像時會受到很大的干擾。

　　針對這兩個問題，中國科學(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)國家重點實驗室杜久林研究組、熊志奇研究組與中國科學(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，只允許鉀離子進出，排除了鈉離子等陽離子的干擾，使探針對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癲癇模型對這種鉀離子納米探針進行了實驗檢驗，運用新探針檢測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血的研究中可以為之前難以驗證或還不清楚的問題提供新的證據(jù)與數(shù)據(jù)，將在鉀離子濃度變化與神經(jīng)系統(tǒng)異常活動關(guān)系的研究中發(fā)揮重要作用。

　　這項工作開辟了實時監(jiān)測神經(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。

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

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