华东师范大学田阳教授课题组综述：脑活体分析与成像最新进展

中国科学：化学中国科学化学 2022-06-22

作为中枢神经系统中最重要的部分，大脑的结构和功能极为复杂。实现脑内化学信号分析对于解析大脑的生理和病理过程具有重要意义。传统的功能化磁共振成像和电生理技术广泛用于脑成像分析，但是普遍受限于空间分辨率低，并且很难区分不同物质的化学信号。此外，脑内成分复杂、物质种类多且动态变化，迫切需要开发具有高选择、高准确、高稳定的探针，实现脑内不同物质的实时分析与成像。

近日，华东师范大学田阳教授受邀在SCIENCE CHINA Chemistry杂志上发表了题为“Recent advances in development of devices and probes for sensing and imaging in the brain”的综述。该综述从新型脑成像仪器/器件的构建和探针设计合成的基础科学问题为主要脉络，系统地介绍了近年来活体脑分析与成像工具和方法的重要研究进展。

一方面，针对活体脑研究的高时空分辨仪器/器件构建，综述从细胞内化学物质的荧光成像系统研究进展为切入点，介绍了用于整个皮层成像的宽场荧光显微镜，大脑皮层深处成像的多光子荧光显微镜，以及大范围活体脑的光纤成像仪器等成像技术的前沿进展。在此基础之上，进一步介绍了构建细胞外神经化学分子分析与成像的器件最新研究进展，重点阐述了田阳课题组近年来发展的新型电化学生理微阵列及光生理系统，在活体脑电生理信号化学分子表达的实时分析中取得的突破性进展。

另一方面，从探针构筑的基础科学问题出发，介绍了田阳课题组设计合成的系列柔性适配化学探针，实现活体脑中神经化学分子精准测量的研究进展。涵盖了基于双重识别的策略来实现探针的选择性、基于金-炔键的表界面调控策略提高探针组装的稳定性、基于电流和电位双信号输出构建多物质同时分析等方面的研究思想。以上述思路为主线，总结了神经元内化学物质荧光成像和传感方面的研究进展，层层解析了从荧光强度或荧光寿命型特异性有机荧光探针的设计，到基于碳量子点或框架核酸的无机-有机荧光复合体系的构筑，以及最新的病毒转染特异性荧光蛋白探针的合成等方面的最新研究成果。

最后，该综述还对活体脑分析的工具和方法研究提出思考，针对脑内神经化学分子的实时高通量分析，不同脑区神经元内外神经化学物质的同时分析等前沿科学问题的瓶颈解决方法进行了展望。

详见：Zhichao Liu & Yang Tian. Recent advances in development of devices and probes for sensing and imaging in the brain. Sci.China Chem. 2021，doi:10.1007/s11426-020-9961-3。

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通讯作者简介

田阳华东师范大学特聘教授，博士生导师。主要从事活体与细胞内活性氧及与氧化应激相关的化学信号分子生物成像、原位传感和神经调控的研究。2013年获得国家自然科学基金委杰出青年基金的资助，入选国家百千万人才工程、教育部新世纪人才计划、上海市优秀学术带头人、上海市领军人才、宝钢优秀教师奖等。2011年获中国分析测试协会科学技术奖一等奖；2013年获得日本化学会“The Distinguished Lectureship Award”；2015年获得中国化学会女分析化学家奖；2018年获得上海市自然科学一等奖。