来自美国海军研究实验室（NRL）的生物学家、化学家和理论家正潜心研制新一代用于绘制大脑神经连接的功能材料，此种材料的开发有助于人们全面了解正常状态下和外伤或疾病引发脑功能障碍时，脑内数以亿计的神经元间的连接方式。
“绘制人脑内神经连接的工作妙趣横生，”生物科学与工程中心的生物学家James Delehanty 博士说，“此项工作还需要研制新材料或设备辅助用在观察神经元集群传导和单一神经元的行为活动。目前，我们正探索将压敏纳米材料集成到活细胞和不同结构的组织，有望突破现有技术实现实时成像。”
神经传导的基础是离子穿过细胞膜时产生电场强度变化，由此进行的一种实时调节，也就是动作电位。在各类纳米材料中，可应用于神经元动作电位成像领域的首选是量子点（QDs）——一种具有出色成像特性的纳米晶体半导体材料。
“量子点具有良好的亮度和光稳定性，能长时间稳定工作，可用于与有机染料等常用材料不兼容的组织内部结构的成像，”Delehanty 补充到，“更重要的是，我们发现量子点可高保真地追踪到神经元受动作电位刺激时电场强度的变化。并且，纳米尺寸也使其适合成为理想的感知神经元与周围电活性细胞间的纳米级电传感材料。”
量子点尺寸小、明亮、光稳定性强，拥有纳秒级的荧光寿命。大脑系统受到刺激时，量子点可以停留在细胞内和细胞膜间，细胞毒性较低。此外，量子点的双光子吸收截面比有机染料、荧光蛋白大出多个数量级。因而，双光子成像成为脑内及体内组织深度（毫米）显像的首选。
NRL研究者发现，前文提到的神经元细胞膜内电场变化抑制了量子点的光致发光。同时还首次发现，量子点光致发光能以毫秒级分辨率追踪到神经元活动时动作电位的电势分布。这表明抑制量子点光致发光是由于电场引发的量子点离子化导致光致发光猝灭，与我们既有的认知相悖。我们通常认为，抑制量子点光致发光的主要原因是量子限制斯塔克效应——原子或分子在外电场的作用下谱线发生红移和分裂的现象。
“量子点优异的光稳定性和电压灵敏度有利于长时成像，这是现有的电压敏感染料所不能媲美的，” Delehanty说，“我们期望接下来的工作可推动电压敏感型量子点探针的设计和合成，并将其集成到更多图像结构中用于完善功能成像和电活跃细胞的检测。”
来源：材料人网
