一項監測神經元活動的研究取得突破
時間：2020-04-23
作者：儀器網
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4月22日，據科技日報消息了解到，一項關于監測神經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。經介紹，該成果的研究人員是使用了一種可用近紅外光激發的電壓熒光納米探針，實現了對腦中神經元電活動的實時動態監測，在對斑馬魚和小鼠腦中神經元膜電位的監測試驗中已經取得成功。
人體中，神經從大腦出發，貫穿了整個身體，神經末梢延伸至指尖、皮膚，為人體提供著分工各異的機能。而神經元也就是我們常說的神經細胞，它是神經系統中基本的結構和功能單位。神經系統中含有大量的神經元，據估計，人類中樞神經系統中約含百1000億個神經元，其中，大腦皮層約占有140億個。這些神經元通過接受、整合、傳導和輸出信息實現人體和外界的信息交換。
事實上，關于對神經系統的研究，科學家一直在探索的道路上，至今，為了準確監測神經活動，幫助人們理解神經系統的功能機制，科學家們創造了不少研究方法和設備。據悉，神經元鈣離子熒光成像是此前研究神經活動的主要手段之一。但是，相比起神經脈沖信號，鈣離子熒光信號相對較慢，根據熒光信號很難準確推斷出與之對應的神經脈沖的頻率和數量。
技術上的瓶頸使得神經界的科學家們迫切期望能開發出一種擁有高時空分辨率、可大范圍活體監測神經元集群電活動的儀器，于是，納米探針應運而生，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。繼納米探針研發出來后，激發其使用的方法又成為了神經學科科學家們想要迫切解決的技術難關。通過了解，現有的電壓探針多用紫外光或可見光激發，但是，這兩種光容易被活組織吸收和散射，如此，便只能應用于大腦的淺層。
為了更深入地了解大腦神經系統的活動，這個成果的研究團隊將視線轉移到了紅外光上，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，可應用于大腦深層。同時，他們又設計制備了一種基于上轉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換熒光納米顆粒，是一類使用近紅外光激發，紫外、可見光多重發射的反斯托克斯發光納米材料，具有低背景熒光、多重發射的特性，在生物成像與活體診療的應用中具有獨特的優勢。
經過對斑馬魚和小鼠的實驗，近紅外光激發的電壓納米探針充分展現出了設備在對神經元活動監測中的優勢。較比以前多次疊加才能得到清晰反應的設備，新設備單次對活體施加刺激即可接收到明顯增強的熒光信號，并能夠穩定記錄連續數次刺激下的信號。更重要的是，得益于上轉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，為數據收集提供了充足的時間。
隨著社會的進步，各個領域的技術與生物學融合發展，如同近紅外納米探針這類新設備的誕生，為納米探針以及近紅外光的結合運用提供了新思路，為人們對神經元活動的監測開辟了新道路，也為生物領域的研究激發了新的方向。目前，正是科技創造價值的蓬勃時期，這也為相關的企業創造了更多發展的機遇，相信儀器界的企業只要緊跟技術潮流，積極創新，優勢將不斷凸顯。
資料來源：科技日報、百度百科
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