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儀器網 生物醫藥】我們都知道神經傳遞的是電信號，而電信號的產生與傳遞是通過鈉(Na+)、氯(CI-)、鉀(K+)等帶電
離子流過細胞膜實現的，其中主要的是鈉離子與鉀離子的變化。當神經元接收刺激時，細胞膜上的離子通道產生功能性變化，通過影響鈉離子與鉀離子的在細胞內外流動對刺激產生反應并傳進行遞。通過監測細胞外的鉀離子濃度就可以觀察神經活動的變化，因此鉀離子成像現在已經成為神經系統研究的新手段。
然而目前鉀離子探針的激發依靠的是紫外或可見光，而紫外與可見光在或組織中很容易被吸收或散射，因此鉀離子探針智能應用于大腦淺層。而且目前的鉀離子探針選擇性較差，對與鉀離子與鈉離子的區分度不夠，而在神經元活動時，鈉離子與鉀離子的流動特征并不相同，所以進行鉀離子成像時會受到很大的干擾。
針對這兩個問題，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心(神經科學研究所)、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室杜久林研究組、熊志奇研究組與中國科學院上海硅酸鹽研究所施劍林、步文博研究組合作研發了一種新型納米探針技術。這種鉀離子熒光納米探針利用近紅外光激發，具有更高的穿透深度以及鉀離子選擇性。
探針由上轉換發光納米顆粒、鉀離子感應探針、鉀離子選擇性薄膜三層構成球狀的核殼結構，總直徑為85 nm左右。上轉換發光納米顆粒位于內核，作用是將近紅外光轉化為可以激發中層鉀離子感應探針的可見光，使穿透性更好的近紅外光可以用于鉀離子成像。鉀離子選擇性薄膜位于外層，只允許鉀離子進出，排除了鈉離子等陽離子的干擾，使探針對鉀離子具有特異性響應。
研究人員利用小鼠偏頭痛模型和斑馬魚癲癇模型對這種鉀離子納米探針進行了實驗檢驗，運用新探針檢測兩種模型中大腦鉀離子濃度的變化。結果證明這種新探針在偏頭痛和點血的研究中可以為之前難以驗證或還不清楚的問題提供新的證據與數據，將在鉀離子濃度變化與神經系統異常活動關系的研究中發揮重要作用。
這項工作開辟了實時監測神經元中離子濃度變化的新方法，除此之外，還為研究其它粒子納米探針的近紅外光激發提供了新的思路。
資料來源：中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心
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