开发纳米探针以检测大脑中的神经递质

动物大脑由数百亿个神经元或神经细胞组成，它们通过神经递质相互交流来执行复杂的任务，如处理情绪、学习和做出判断。这些小信号分子在神经元之间扩散(从高浓度区域移动到低浓度区域)，充当化学信使。

科学家认为，这种扩散运动可能是大脑卓越功能的核心。因此，他们的目标是通过使用电流分析法和微透析法检测特定神经递质在大脑中的释放，从而了解它们的作用。然而，这些方法提供的信息不足，需要更好的传感技术。

为此，科学家们开发了一种光学成像方法，其中蛋白质探针在检测到特定的神经递质时会改变其荧光强度。最近，由YasuoYoshimi教授领导的日本芝浦工业大学的一组研究人员将这一想法向前推进。他们成功合成了荧光分子印迹聚合物纳米粒子(fMIP-NPs)，用作检测特定神经递质——血清素、多巴胺和乙酰胆碱的探针。

值得注意的是，到目前为止，开发此类探针一直被认为是困难的。他们的工作发表在Nanomaterials上，其中包括YutoKatsumata先生、NaoyaOsawa先生、NeoOgishita先生和RyotaKadoya先生的贡献。

Yoshimi教授简要解释了fMIP-NP合成的基本原理：“它涉及多个步骤。首先，将要检测的目标神经递质固定在玻璃珠表面。接下来，具有不同功能的单体(聚合物的构建块)——检测，交联和荧光——在珠子周围聚合，包裹神经递质。然后将生成的聚合物洗掉，得到一个纳米粒子，其神经递质结构印记为空腔。它将只适合目标神经递质，就像只适合一把特定的钥匙可以打开锁。因此，fMIP-NPs可以检测大脑中相应的神经递质。”

当目标神经递质适合腔内时，fMIP-NPs膨胀并变大。研究人员认为，这增加了荧光单体之间的距离，进而减少了它们之间的相互作用，包括抑制荧光的自淬灭。结果，荧光强度增强，表明存在神经递质。

研究人员通过在fMIP-NP合成过程中调整玻璃珠表面的神经递质密度来提高检测的选择性。

此外，发现用于固定神经递质的材料的选择在检测特异性中起着至关重要的作用。研究人员发现，混合硅烷比纯硅烷更适合将神经递质、血清素和多巴胺附着到玻璃珠表面。使用混合硅烷合成的fMIP-NP可特异性检测血清素和多巴胺。

相比之下，使用纯硅烷合成的那些会产生非特异性fMIP-NP，它们对非目标神经递质有反应，将它们错误地识别为血清素和多巴胺。同样，发现聚([2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(METMAC)-co-甲基丙烯酰胺)而非METMAC均聚物是神经递质乙酰胆碱的有效虚拟模板。前者产生可选择性检测乙酰胆碱的fMIP-NP，而后者导致纳米颗粒无反应。

这些结果证明了fMIP-NPs在选择性检测我们大脑中释放的神经递质方面的可行性。“用这种新技术对大脑进行成像可以揭示神经递质扩散与大脑活动之间的关系。这反过来可以帮助我们治疗神经系统疾病，甚至可以创造出模仿人脑功能的先进计算机，”Yoshimi教授说。