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近红外如何协助纳米探针监测大脑深层神经

核心提示:人体中,神经从大脑出发,贯穿了整个身体,神经末梢延伸至指尖、皮肤,为人体提供着分工各异的机能。而神经元也就是我们常说的
  人体中,神经从大脑出发,贯穿了整个身体,神经末梢延伸至指尖、皮肤,为人体提供着分工各异的机能。而神经元也就是我们常说的神经细胞,它是神经系统中基本的结构和功能单位。神经系统中含有大量的神经元,据估计,人类中枢神经系统中约含百1000亿个神经元,其中,大脑皮层约占有140亿个。这些神经元通过接受、整合、传导和输出信息实现人体和外界的信息交换。
 
  事实上,关于对神经系统的研究,科学家一直在探索的道路上,至今,为了准确监测神经活动,帮助人们理解神经系统的功能机制,科学家们创造了不少研究方法和设备。据悉,神经元钙离子荧光成像是此前研究神经活动的主要手段之一。但是,相比起神经脉冲信号,钙离子荧光信号相对较慢,根据荧光信号很难准确推断出与之对应的神经脉冲的频率和数量。
 
  技术上的瓶颈使得神经界的科学家们迫切期望能开发出一种拥有高时空分辨率、可大范围活体监测神经元集群电活动的仪器,于是,纳米探针应运而生,它对细胞膜的电位变化十分敏感,纳米粒子材料也有高信噪比,有效解决了之前设备的问题。
 
  众所周知,研究过程中,难题总是接踵而至地扑面而来。继纳米探针研发出来后,激发其使用的方法又成为了神经学科科学家们想要迫切解决的技术难关。通过了解,现有的电压探针多用紫外光或可见光激发,但是,这两种光容易被活组织吸收和散射,如此,便只能应用于大脑的浅层。
 
  为了更深入地了解大脑神经系统的活动,这个成果的研究团队将视线转移到了红外光上,相比于可见光或紫外光,红外光(750纳米—l000纳米)在生物组织中穿透能力更强,深度可达厘米级,可应用于大脑深层。同时,他们又设计制备了一种基于上转换荧光纳米颗粒的电压敏感探针,这个探针所采用的稀土元素掺杂的上转换荧光纳米颗粒,是一类使用近红外光激发,紫外、可见光多重发射的反斯托克斯发光纳米材料,具有低背景荧光、多重发射的特性,在生物成像与活体诊疗的应用中具有独特的优势。
 
  经过对斑马鱼和小鼠的实验,近红外光激发的电压纳米探针充分展现出了设备在对神经元活动监测中的优势。较比以前多次叠加才能得到清晰反应的设备,新设备单次对活体施加刺激即可接收到明显增强的荧光信号,并能够稳定记录连续数次刺激下的信号。更重要的是,得益于上转换荧光纳米颗粒较低的淬灭程度,活体记录时间可长达30分钟,为数据收集提供了充足的时间。
 
  随着社会的进步,各个领域的技术与生物学融合发展,如同近红外纳米探针这类新设备的诞生,为纳米探针以及近红外光的结合运用提供了新思路,为人们对神经元活动的监测开辟了新道路,也为生物领域的研究激发了新的方向。目前,正是科技创造价值的蓬勃时期,这也为相关的企业创造了更多发展的机遇,相信仪器界的企业只要紧跟技术潮流,积极创新,优势将不断凸显。

 
 
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