脑袋生病了?华师大团队发明“光生理”探针一探究竟

中国青年报 03-27

中青在线讯(中国青年报 · 中青在线记者王烨捷)近期,华东师范大学化学与分子工程学院院长田阳教授团队在活体鼠脑的分析检测研究领域取得重要进展。该团队通过开展利用 SERS 微阵列和电生理技术的联用对鼠脑缺血状态下相关物质的研究,揭示了鼠脑缺血状态下皮层相关物质的变化。研究结果于近日发表在 《Angewandte Chemie Internatinal Edition》上,据悉该工作由华师大和北京大学合作完成,华师大化学与分子工程学院博士生王维康为论文的第一作者。

大脑是人体最复杂的器官,是神经系统最高级的部分,解析大脑的生理和病理过程具有非常重要的意义。大脑功能的实现依赖于神经元电信号和化学信号的传递。电生理技术作为一种成熟的研究手段常被用于大脑的研究工作中,解析神经元编码机制及大脑传递的信息。电化学方法因其高时空?#30452;妗?#21407;位、实时的特点,在活体研究中备受关注。

然而 , 电生理技术只能获取神经元交流的电信号,而电信号的产生主要取决于神经递质和离子的化学信号的变化。因此,只有同时监测这些化学信号和电信号,才能更加充分了解大脑中的生理和病理过程。

此前,该团队构建了高选择性的单通道比率型电化学传感,成功实现了阿尔兹海默症 ( AD ) 鼠脑中铜离子和半胱氨酸的双检测。通过检测首次发?#37073;合?#36739;于正常鼠,AD 鼠脑中铜离子增加了约 5 倍,半胱氨酸减少了约 3 倍。

为了避免传统电化学方法测量时施加的外部电信号,可能对脑生理过程产生扰动的关键问题,田阳教授团队率先设计并开发了一系列从纳米尺寸到微米尺寸的近红外光激发的表面增?#21487;?#23556; ( SERS ) 的 " 光生理 " 探针,实现了活体鼠脑及神经元中 CO32- 和 pH 的同时分析。

研究人员制备了尖端尺寸为 5 μ m 的 SERS 微米阵列,首次应用于活鼠脑皮层中的 CO32- 和 pH 的实时成像和同时定量测量。利用该 SERS 微阵列,研究人员发现当鼠脑发生缺氧时,鼠脑皮层中的 CO32- 和 pH 都显著降低。因为 SERS 无需外加电场,所以可以将 SERS 方法与电生理方法进行联用,从而获得了不同状态下鼠脑中的电信号和化学信号。SERS 技术结合电生理学开辟了一种获取脑中电信号和化学信号的新方法。

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