一項監測神經元活動的研究取得突破
時間：2020-04-23
作者：儀(yi)器(qi)網
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4月22日(ri)，據科技日(ri)報(bao)消(xiao)息了解到，一項關于監(jian)測(ce)(ce)神經(jing)元(yuan)活(huo)動(dong)的(de)研(yan)究近日(ri)取(qu)得突破，成(cheng)果刊登于《美(mei)國化學會志》期刊。經(jing)介紹，該(gai)成(cheng)果的(de)研(yan)究人員是使用(yong)了一種可用(yong)近紅外(wai)光激發的(de)電壓熒光納米(mi)探(tan)針，實現了對腦(nao)(nao)中神經(jing)元(yuan)電活(huo)動(dong)的(de)實時(shi)動(dong)態監(jian)測(ce)(ce)，在對斑馬(ma)魚和小(xiao)鼠腦(nao)(nao)中神經(jing)元(yuan)膜電位的(de)監(jian)測(ce)(ce)試驗中已經(jing)取(qu)得成(cheng)功(gong)。
人(ren)體(ti)中(zhong)(zhong)，神(shen)(shen)經從大(da)腦出(chu)發，貫穿了(le)整(zheng)個身體(ti)，神(shen)(shen)經末梢延伸至指(zhi)尖(jian)、皮膚(fu)，為人(ren)體(ti)提供著分工(gong)各異(yi)的(de)(de)機能。而神(shen)(shen)經元(yuan)(yuan)也(ye)就是我們常說的(de)(de)神(shen)(shen)經細(xi)胞，它是神(shen)(shen)經系統中(zhong)(zhong)基本(ben)的(de)(de)結構和功能單位(wei)。神(shen)(shen)經系統中(zhong)(zhong)含有大(da)量(liang)的(de)(de)神(shen)(shen)經元(yuan)(yuan)，據估(gu)計，人(ren)類中(zhong)(zhong)樞神(shen)(shen)經系統中(zhong)(zhong)約(yue)含百1000億個神(shen)(shen)經元(yuan)(yuan)，其(qi)中(zhong)(zhong)，大(da)腦皮層(ceng)約(yue)占有140億個。這些神(shen)(shen)經元(yuan)(yuan)通過接受、整(zheng)合、傳導和輸出(chu)信(xin)息(xi)實現人(ren)體(ti)和外界的(de)(de)信(xin)息(xi)交換。
事實上(shang)(shang)，關于(yu)對神經(jing)系統的(de)研究(jiu)，科(ke)學家(jia)一(yi)(yi)直在探(tan)索的(de)道路上(shang)(shang)，至(zhi)今，為了準確監測(ce)神經(jing)活(huo)(huo)動，幫(bang)助人們(men)(men)理(li)解神經(jing)系統的(de)功能(neng)機制(zhi)，科(ke)學家(jia)們(men)(men)創造了不(bu)少研究(jiu)方法和設備。據悉，神經(jing)元鈣(gai)離(li)子(zi)熒(ying)(ying)光成像是(shi)此前研究(jiu)神經(jing)活(huo)(huo)動的(de)主要手段(duan)之(zhi)一(yi)(yi)。但是(shi)，相(xiang)比起神經(jing)脈沖信(xin)號，鈣(gai)離(li)子(zi)熒(ying)(ying)光信(xin)號相(xiang)對較(jiao)慢(man)，根據熒(ying)(ying)光信(xin)號很難準確推斷出與之(zhi)對應的(de)神經(jing)脈沖的(de)頻(pin)率和數量。
技術上(shang)的(de)瓶頸使(shi)得神(shen)經(jing)(jing)界的(de)科學家們迫(po)切期望能開發(fa)出一(yi)種(zhong)擁(yong)有高時(shi)空(kong)分辨率、可大范圍(wei)活體監測神(shen)經(jing)(jing)元集(ji)群電活動的(de)儀(yi)器(qi)，于是，納(na)米探針應(ying)運而生，它對細胞(bao)膜的(de)電位變化十分敏感，納(na)米粒子材料也有高信噪比，有效解(jie)決了之(zhi)前設備的(de)問題。
眾所(suo)周(zhou)知，研究過程中，難題總是接踵而(er)至地(di)撲(pu)面而(er)來(lai)。繼納米探針研發(fa)出來(lai)后，激發(fa)其(qi)使用(yong)的方法又成為(wei)了神經學科科學家(jia)們(men)想要(yao)迫(po)切解(jie)決的技術難關。通過了解(jie)，現有的電壓(ya)探針多用(yong)紫外光(guang)或可見光(guang)激發(fa)，但(dan)是，這兩種光(guang)容易被(bei)活(huo)組織(zhi)吸收和散射，如此，便只能應(ying)用(yong)于(yu)大腦的淺層。
為了(le)更深(shen)入地(di)了(le)解大(da)腦(nao)(nao)神經系統(tong)的活(huo)動，這個成果的研究(jiu)團隊將視線(xian)轉移到了(le)紅(hong)外(wai)光(guang)上(shang)，相(xiang)比于可(ke)見光(guang)或紫(zi)外(wai)光(guang)，紅(hong)外(wai)光(guang)(750納米(mi)(mi)(mi)—l000納米(mi)(mi)(mi))在(zai)生物(wu)組織(zhi)中(zhong)穿(chuan)透能力更強，深(shen)度(du)可(ke)達厘米(mi)(mi)(mi)級，可(ke)應用(yong)于大(da)腦(nao)(nao)深(shen)層。同(tong)時，他們又設計制備了(le)一種(zhong)基于上(shang)轉換(huan)熒(ying)光(guang)納米(mi)(mi)(mi)顆粒的電壓敏感探針，這個探針所采用(yong)的稀土元素摻雜的上(shang)轉換(huan)熒(ying)光(guang)納米(mi)(mi)(mi)顆粒，是一類使用(yong)近(jin)紅(hong)外(wai)光(guang)激發，紫(zi)外(wai)、可(ke)見光(guang)多(duo)重發射的反斯托克(ke)斯發光(guang)納米(mi)(mi)(mi)材料(liao)，具有低背景熒(ying)光(guang)、多(duo)重發射的特(te)性，在(zai)生物(wu)成像與活(huo)體診(zhen)療(liao)的應用(yong)中(zhong)具有獨特(te)的優(you)勢。
經過對(dui)(dui)斑馬魚和小(xiao)鼠的(de)實驗，近紅(hong)外光(guang)激發的(de)電壓納米探針充分展現出(chu)了設(she)備(bei)(bei)在對(dui)(dui)神經元活(huo)(huo)動監測中的(de)優勢。較比以前(qian)多次疊加(jia)才能得到清晰(xi)反應的(de)設(she)備(bei)(bei)，新設(she)備(bei)(bei)單次對(dui)(dui)活(huo)(huo)體(ti)施(shi)加(jia)刺激即可接收到明顯增強的(de)熒光(guang)信號，并能夠穩(wen)定記(ji)錄(lu)連續數次刺激下的(de)信號。更(geng)重要(yao)的(de)是，得益于(yu)上轉(zhuan)換熒光(guang)納米顆粒較低的(de)淬滅(mie)程度，活(huo)(huo)體(ti)記(ji)錄(lu)時間(jian)(jian)可長達30分鐘，為數據收集提供了充足(zu)的(de)時間(jian)(jian)。
隨著社(she)會的(de)(de)(de)(de)進步，各個領域的(de)(de)(de)(de)技(ji)術與生(sheng)物學融(rong)合(he)發展，如(ru)同近紅(hong)外(wai)納(na)米探針(zhen)這類新設備的(de)(de)(de)(de)誕(dan)生(sheng)，為(wei)納(na)米探針(zhen)以及近紅(hong)外(wai)光的(de)(de)(de)(de)結(jie)合(he)運用(yong)提供了(le)新思路，為(wei)人們對(dui)神經元(yuan)活動(dong)的(de)(de)(de)(de)監測開(kai)辟了(le)新道(dao)路，也為(wei)生(sheng)物領域的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)激發了(le)新的(de)(de)(de)(de)方向。目前，正是科技(ji)創造價值的(de)(de)(de)(de)蓬勃(bo)時期，這也為(wei)相(xiang)關的(de)(de)(de)(de)企業創造了(le)更多發展的(de)(de)(de)(de)機遇，相(xiang)信儀器(qi)界的(de)(de)(de)(de)企業只要緊(jin)跟技(ji)術潮流，積極創新，優勢將不(bu)斷凸顯。
資料來源(yuan)：科(ke)技(ji)日(ri)報、百度(du)百科(ke)
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