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仪器网 生物医药】我们都知道神经传递的是电信号，而电信号的产生与传递是通过钠(Na+)、氯(CI-)、钾(K+)等带电
离子流过细胞膜实现的，其中主要的是钠离子与钾离子的变化。当神经元接收刺激时，细胞膜上的离子通道产生功能性变化，通过影响钠离子与钾离子的在细胞内外流动对刺激产生反应并传进行递。通过监测细胞外的钾离子浓度就可以观察神经活动的变化，因此钾离子成像现在已经成为神经系统研究的新手段。
然而目前钾离子探针的激发依靠的是紫外或可见光，而紫外与可见光在或组织中很容易被吸收或散射，因此钾离子探针智能应用于大脑浅层。而且目前的钾离子探针选择性较差，对与钾离子与钠离子的区分度不够，而在神经元活动时，钠离子与钾离子的流动特征并不相同，所以进行钾离子成像时会受到很大的干扰。
针对这两个问题，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室杜久林研究组、熊志奇研究组与中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林、步文博研究组合作研发了一种新型纳米探针技术。这种钾离子荧光纳米探针利用近红外光激发，具有更高的穿透深度以及钾离子选择性。
探针由上转换发光纳米颗粒、钾离子感应探针、钾离子选择性薄膜三层构成球状的核壳结构，总直径为85 nm左右。上转换发光纳米颗粒位于内核，作用是将近红外光转化为可以激发中层钾离子感应探针的可见光，使穿透性更好的近红外光可以用于钾离子成像。钾离子选择性薄膜位于外层，只允许钾离子进出，排除了钠离子等阳离子的干扰，使探针对钾离子具有特异性响应。
研究人员利用小鼠偏头痛模型和斑马鱼癫痫模型对这种钾离子纳米探针进行了实验检验，运用新探针检测两种模型中大脑钾离子浓度的变化。结果证明这种新探针在偏头痛和点血的研究中可以为之前难以验证或还不清楚的问题提供新的证据与数据，将在钾离子浓度变化与神经系统异常活动关系的研究中发挥重要作用。
这项工作开辟了实时监测神经元中离子浓度变化的新方法，除此之外，还为研究其它粒子纳米探针的近红外光激发提供了新的思路。
资料来源：中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心
浙公网安备 33010602002722号
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