p Biólogos de pesquisa, químicos e teóricos do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA (NRL), estão a caminho de desenvolver a próxima geração de materiais funcionais que podem permitir o mapeamento das complexas conexões neurais no cérebro. O objetivo final é entender melhor como os bilhões de neurônios no cérebro se comunicam uns com os outros durante o funcionamento normal do cérebro, ou disfunção, como resultado de lesão ou doença. p "Há um enorme interesse em mapear todas as conexões de neurônios no cérebro humano, "disse o Dr. James Delehanty, biólogo pesquisador, Centro de Ciência e Engenharia Biomolecular. "Para fazer isso, precisamos de novas ferramentas ou materiais que nos permitam ver como grandes grupos de neurônios se comunicam entre si, enquanto, ao mesmo tempo, ser capaz de se concentrar na atividade de um único neurônio. Nosso trabalho mais recente potencialmente abre a integração de nanomateriais sensíveis à voltagem em células e tecidos vivos em uma variedade de configurações para alcançar recursos de imagem em tempo real que não são possíveis atualmente. "

p A base da comunicação neuronal é a modulação dependente do tempo da força do campo elétrico que é mantida através da membrana plasmática da célula. Isso é chamado de potencial de ação. Entre os nanomateriais em consideração para aplicação em imagens de potencial de ação neuronal estão os pontos quânticos (QDs) - nanomateriais semicondutores cristalinos que possuem uma série de atributos fotofísicos vantajosos.

p "Os QDs são muito brilhantes e fotoestáveis ​​para que você possa olhá-los por muito tempo e permitem configurações de imagem de tecido que não são compatíveis com os materiais atuais, por exemplo, corantes orgânicos, "Delehanty acrescentou." Igualmente importante, mostramos aqui que o brilho QD rastreia, com altíssima fidelidade, as mudanças de força do campo elétrico resolvidas no tempo que ocorrem quando um neurônio sofre um potencial de ação. Seu tamanho em nanoescala os torna materiais de detecção de tensão em nanoescala ideais para fazer interface com neurônios e outras células eletricamente ativas para detecção de tensão. "

p QDs são pequenos, brilhante, materiais fotoestáveis ​​que possuem tempos de vida de fluorescência de nanossegundos. Eles podem estar localizados dentro ou sobre as membranas plasmáticas celulares e têm baixa citotoxicidade quando ligados a sistemas cerebrais experimentais. Adicionalmente, Os QDs possuem ordens de magnitude de seção transversal de ação de dois fótons maiores do que os corantes orgânicos ou proteínas fluorescentes. A imagem de dois fótons é a modalidade de imagem preferida para imagens profundas (milímetros) do cérebro e de outros tecidos do corpo.

p Em seu trabalho mais recente, os pesquisadores do NRL mostraram que um campo elétrico típico daqueles encontrados nas membranas neuronais resulta na supressão da fotoluminescência (PL) QD e, pela primeira vez, que QD PL é capaz de rastrear o perfil do potencial de ação de um neurônio de disparo com resolução de tempo de milissegundos. Este efeito é mostrado para estar conectado com ionização QD conduzida por campo elétrico e consequente têmpera QD PL, em contradição com a sabedoria convencional que a supressão do QD PL é atribuível ao efeito Stark confinado quântico - o deslocamento e divisão de linhas espectrais de átomos e moléculas devido à presença de um campo elétrico externo.

p "As propriedades de fotoestabilidade superiores inerentes dos QDs, juntamente com sua sensibilidade à voltagem, podem ser vantajosas para os recursos de imagem de longo prazo que não são atualmente alcançáveis ​​com o uso de corantes orgânicos tradicionais sensíveis à voltagem, "Delehanty disse." Prevemos que a pesquisa contínua irá facilitar o design racional e síntese de sondas QD sensíveis à voltagem que podem ser integradas em uma variedade de configurações de imagem para a imagem funcional robusta e detecção de células eletricamente ativas. "