《科學進展》期刊18日在線發表了題為《高靈敏和特異的納米探針用於近紅外鉀離子成像》的研究論文，報導了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矽酸鹽研究所施劍林、步文博研究組的一項合作研究。

該研究開發了一種可用近紅外光激發的鉀離子熒光納米探針，成功監測了斑馬魚和小鼠腦中伴隨神經活動的鉀離子濃度的動態變化。

鉀離子納米探針的設計以及感應機理。中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心供圖

細胞外鉀離子濃度變化直接反映神經元電活動的改變，進而又影響神經元的興奮性和神經元間的突觸傳遞。因此，鉀離子濃度的改變可以從另外一個側面反應神經活動的異常，鉀離子成像成為研究神經系統功能及其異常的新手段。

然而，現有的鉀離子探針只能用紫外或可見光激發，因其在活組織中易於被吸收和散射而只能應用於大腦淺層。另外，現有的鉀離子探針抗干擾性差，選擇低，尤其難以區分鈉鉀離子，無法實現針對鉀離子的特異性監測。因此，急需發展新型鉀離子熒光探針，其要具備更高穿透深度的近紅外光激發，而且對鉀離子具有特異性響應。

為此，科研人員精細設計並製備了具有三層核殼結構的球狀納米探針，總直徑為85nm左右。為進一步驗證上述新型鉀離子納米探針的實用性，科研人員在小鼠偏頭痛模型和斑馬魚癲癇模型中運用該納米探針檢測了大腦中鉀離子濃度的動態變化。

據介紹，該研究工作同時為設計近紅外光激發的其他離子特異性探針提供了新思路，為探究神經元中離子活動開闢了實時動態監測的新方法。

該項工作由杜久林組劉佳男博士後、尚春峰副研究員與上海矽酸鹽研究所潘黎敏助理研究員在杜久林研究員、熊志奇研究員以及上海矽酸鹽研究所的施劍林研究員、步文博研究員的共同指導下完成；工作得到中國科協、國家自然科學基金委員會、科技部、中科院和上海市的資助。