一項監(jiān)測神經(jīng)元活動的研究取得突破
時間：2020-04-23
作者：儀器網(wǎng)
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4月22日，據(jù)科技日報消息了解到，一項關(guān)于監(jiān)測神經(jīng)元活動的研究近日取得突破，成果刊登于《美國化學會志》期刊。經(jīng)介紹，該成果的研究人員是使用了一種可用近紅外光激發(fā)的電壓熒光納米探針，實現(xiàn)了對腦中神經(jīng)元電活動的實時動態(tài)監(jiān)測，在對斑馬魚和小鼠腦中神經(jīng)元膜電位的監(jiān)測試驗中已經(jīng)取得成功。
人體中，神經(jīng)從大腦出發(fā)，貫穿了整個身體，神經(jīng)末梢延伸至指尖、皮膚，為人體提供著分工各異的機能。而神經(jīng)元也就是我們常說的神經(jīng)細胞，它是神經(jīng)系統(tǒng)中基本的結(jié)構(gòu)和功能單位。神經(jīng)系統(tǒng)中含有大量的神經(jīng)元，據(jù)估計，人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)中約含百1000億個神經(jīng)元，其中，大腦皮層約占有140億個。這些神經(jīng)元通過接受、整合、傳導和輸出信息實現(xiàn)人體和外界的信息交換。
事實上，關(guān)于對神經(jīng)系統(tǒng)的研究，科學家一直在探索的道路上，至今，為了準確監(jiān)測神經(jīng)活動，幫助人們理解神經(jīng)系統(tǒng)的功能機制，科學家們創(chuàng)造了不少研究方法和設(shè)備。據(jù)悉，神經(jīng)元鈣離子熒光成像是此前研究神經(jīng)活動的主要手段之一。但是，相比起神經(jīng)脈沖信號，鈣離子熒光信號相對較慢，根據(jù)熒光信號很難準確推斷出與之對應(yīng)的神經(jīng)脈沖的頻率和數(shù)量。
技術(shù)上的瓶頸使得神經(jīng)界的科學家們迫切期望能開發(fā)出一種擁有高時空分辨率、可大范圍活體監(jiān)測神經(jīng)元集群電活動的儀器，于是，納米探針應(yīng)運而生，它對細胞膜的電位變化十分敏感，納米粒子材料也有高信噪比，有效解決了之前設(shè)備的問題。
眾所周知，研究過程中，難題總是接踵而至地撲面而來。繼納米探針研發(fā)出來后，激發(fā)其使用的方法又成為了神經(jīng)學科科學家們想要迫切解決的技術(shù)難關(guān)。通過了解，現(xiàn)有的電壓探針多用紫外光或可見光激發(fā)，但是，這兩種光容易被活組織吸收和散射，如此，便只能應(yīng)用于大腦的淺層。
為了更深入地了解大腦神經(jīng)系統(tǒng)的活動，這個成果的研究團隊將視線轉(zhuǎn)移到了紅外光上，相比于可見光或紫外光，紅外光(750納米—l000納米)在生物組織中穿透能力更強，深度可達厘米級，可應(yīng)用于大腦深層。同時，他們又設(shè)計制備了一種基于上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒的電壓敏感探針，這個探針所采用的稀土元素摻雜的上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒，是一類使用近紅外光激發(fā)，紫外、可見光多重發(fā)射的反斯托克斯發(fā)光納米材料，具有低背景熒光、多重發(fā)射的特性，在生物成像與活體診療的應(yīng)用中具有獨特的優(yōu)勢。
經(jīng)過對斑馬魚和小鼠的實驗，近紅外光激發(fā)的電壓納米探針充分展現(xiàn)出了設(shè)備在對神經(jīng)元活動監(jiān)測中的優(yōu)勢。較比以前多次疊加才能得到清晰反應(yīng)的設(shè)備，新設(shè)備單次對活體施加刺激即可接收到明顯增強的熒光信號，并能夠穩(wěn)定記錄連續(xù)數(shù)次刺激下的信號。更重要的是，得益于上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒較低的淬滅程度，活體記錄時間可長達30分鐘，為數(shù)據(jù)收集提供了充足的時間。
隨著社會的進步，各個領(lǐng)域的技術(shù)與生物學融合發(fā)展，如同近紅外納米探針這類新設(shè)備的誕生，為納米探針以及近紅外光的結(jié)合運用提供了新思路，為人們對神經(jīng)元活動的監(jiān)測開辟了新道路，也為生物領(lǐng)域的研究激發(fā)了新的方向。目前，正是科技創(chuàng)造價值的蓬勃時期，這也為相關(guān)的企業(yè)創(chuàng)造了更多發(fā)展的機遇，相信儀器界的企業(yè)只要緊跟技術(shù)潮流，積極創(chuàng)新，優(yōu)勢將不斷凸顯。
資料來源：科技日報、百度百科
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