據悉，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心、神經科學國家重點實驗室杜久林研究組與中國科學院上海矽酸鹽研究所施劍林研究組合作共同開發出了一種摻雜稀土元素的近紅外激發電壓熒光納米探針，其適合應用于神經元電信號在體成像。
群體神經元活動的在體檢測是揭示神經系統功能機制的關鍵。目前，神經元鈣離子熒光成像是主要手段之一。但是，鈣離子熒光信號由于動力學較慢，所以很難推斷出與之對應的神經脉衝的頻率和數量。因此，神經科學界迫切希望能開發出對細胞膜電位變化敏感、有高信噪比的熒光分子探針，從而實現高時空分辨率、大範圍神經元集群電活動的活體檢測。而如何開發此種高敏感探針已成爲了目前國際神經科學領域重點攻克的技術難關之一。
稀土元素摻雜的上轉換納米顆粒（UCNPs）是一類近紅外光激發，紫外、可見光多重發射的反斯托克斯發光納米材料。其由于具有深組織穿透度、低背景熒光、多重發射的特性，已在生物成像與活體診療的應用中獲得廣泛關注。在該工作中，研究者製備出了一種基于UCNPs的電壓敏感探針。首先將UCNPs固定在細胞膜上，然後將六硝基二苯胺（DPA）嵌入細胞膜磷脂雙分子層。在細胞靜息狀態下，帶負電荷的DPA在細胞膜外側富集，UCNP與DPA之間距離在10nm以內，因此形成發光共振能量轉移體系（FRET），UCNPs發光被DAP吸收，檢測到的光信號較弱。當細胞去極化後，DPA在電場作用下在細胞膜內側富集，UCNP與DPA之間距離超過10nm，FRET效應消失，從而恢復UCNPs的發光。
爲驗證該電壓納米探針在神經元電活動檢測中的優勢，研究者應用該納米探針分別檢測了斑馬魚前腦神經元的嗅覺反應和小鼠新皮層神經元膜電位振蕩隨麻醉深度的變化。結果表明，在近紅外光的激發下，該納米探針的熒光信號明顯，且記錄時間較長，達30分鐘，遠高于目前的蛋白分子探針。
該工作爲設計可用近紅外光激發的電壓敏感探針提供了全新思路，爲探究深層活體組織中神經活動開闢了實時動態監測的新方法。研究成果已經以《近紅外電壓納米探針用于實時監控小鼠和斑馬魚神經活動》爲題發表在《美國化學會志》期刊上。
