«Есть огромный интерес к отображению всех связей нейрона в человеческом мозгу», сказал доктор Джеймс Делехэнти, биолог-исследователь, Центр Биомолекулярной Науки и Разработки. «Чтобы сделать это, нам нужны новые инструменты или материалы, которые позволяют нам видеть, как многочисленные группы нейронов общаются друг с другом в то время как, в то же время, способность сосредоточиться в на деятельности единственного нейрона. Наша новая работа потенциально открывает интеграцию чувствительных к напряжению наноматериалов в живые клетки и ткани во множестве конфигураций, чтобы достигнуть возможностей отображения в реальном времени, не в настоящее время возможных».Основание коммуникации нейрона – модуляция с временной зависимостью силы электрического поля, которое сохраняется через плазменную мембрану клетки. Это называют потенциалом действия.
Среди наноматериалов на рассмотрении для применения в нейронном потенциале действия отображение квантовые точки (QDs) – прозрачные полупроводниковые наноматериалы, обладающие многими выгодными фотофизическими признаками.«QDs очень ярки и фотостабильны, таким образом, Вы можете посмотреть на них в течение многих долгого времени, и они допускают конфигурации отображения ткани, которые не совместимы с текущими материалами, например, органическими красителями», добавил Делехэнти. «Одинаково важный, мы показали здесь, что яркость QD отслеживает с очень высоким качеством, решенные временем изменения силы электрического поля, которые происходят, когда нейрон подвергается потенциалу действия. Их наноразмерный размер делает их идеальными наноразмерными материалами ощущения напряжения для установления связи с нейронами и другими электрически активными клетками для ощущения напряжения».QDs – маленькие, яркие, фотостабильные материалы, которые обладают сроками службы флюоресценции наносекунды.
Они могут быть локализованы в или на клеточных плазменных мембранах и иметь низкую цитотоксичность, когда соединяется с экспериментальными мозговыми системами. Кроме того, QDs обладают порядками величины поперечного сечения действия с двумя фотонами, больше, чем органические красители или флуоресцентные белки. Отображение с двумя фотонами – предпочтительная модальность отображения для отображения, глубокого (миллиметры) в мозг и другие ткани тела.В их новой работе исследователи NRL показали, что электрическое поле, типичное для найденных в нейронных мембранах, приводит к подавлению (МН) фотолюминесценции QD и, впервые, который QD МН в состоянии отследить профиль потенциала действия нейрона увольнения с резолюцией времени миллисекунды.
Этот эффект, как показывают, связан с управляемой электрическим полем ионизацией QD и последовательным МН подавлением QD, в противоречии с расхожим мнением, что подавление МН QD относится к заключенному эффекту Старка кванта – перемена и разделение спектральных линий атомов и молекул из-за присутствия внешнего электрического поля.«Врожденные превосходящие свойства фотостабильности QDs вместе с их чувствительностью напряжения могли оказаться выгодными для долгосрочных возможностей отображения, которые не являются в настоящее время достижимым использующим традиционным органическим напряжением чувствительные краски», сказал Делехэнти. «Мы ожидаем, что продолженное исследование облегчит рациональный дизайн и синтез чувствительных к напряжению исследований QD, которые могут быть объединены во множестве конфигураций отображения для прочного функционального отображения и ощущения электрически активных клеток».