《科学进展》期刊 18 日在线发表了题为《高灵敏和特异的纳米探针用于近红外钾离子成像》的研究论文，报道了中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心神经科学研究所)、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室杜久林研究组、熊志奇研究组与中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林、步文博研究组的一项合作研究。
该研究开发了一种可用近红外光激发的钾离子荧光纳米探针，成功监测了斑马鱼和小鼠脑中伴随神经活动的钾离子浓度的动态变化。
钾离子纳米探针的设计以及感应机理。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心供图
细胞外钾离子浓度变化直接反映神经元电活动的改变，进而又影响神经元的兴奋性和神经元间的突触传递。因此，钾离子浓度的改变可以从另外一个侧面反应神经活动的异常，钾离子成像成为研究神经系统功能及其异常的新手段。
然而，现有的钾离子探针只能用紫外或可见光激发，因其在活组织中易于被吸收和散射而只能应用于大脑浅层。另外，现有的钾离子探针抗干扰性差，选择低，尤其难以区分钠钾离子，无法实现针对钾离子的特异性监测。因此，急需发展新型钾离子荧光探针，其要具备更高穿透深度的近红外光激发，而且对钾离子具有特异性响应。
为此，科研人员精细设计并制备了具有三层核壳结构的球状纳米探针，总直径为 85nm 左右。为进一步验证上述新型钾离子纳米探针的实用性，科研人员在小鼠偏头痛模型和斑马鱼癫痫模型中运用该纳米探针检测了大脑中钾离子浓度的动态变化。
据介绍，该研究工作同时为设计近红外光激发的其他离子特异性探针提供了新思路，为探究神经元中离子活动开辟了实时动态监测的新方法。
该项工作由杜久林组刘佳男博士后、尚春峰副研究员与上海硅酸盐研究所潘黎敏助理研究员在杜久林研究员、熊志奇研究员以及上海硅酸盐研究所的施剑林研究员、步文博研究员的共同指导下完成；工作得到中国科协、国家自然科学基金委员会、科技部、中科院和上海市的资助。