【摘要】：光遺傳學(xué)是利用光來精準調(diào)節(jié)細胞生理功能的技術(shù),具有高度的時間和空間特異性。光遺傳學(xué)技術(shù)依賴于兩個要素:光和光敏感蛋白,目前已有的光敏感蛋白主要對可見光響應(yīng),但是可見光的組織穿透深度較低限制了光遺傳學(xué)的廣泛應(yīng)用。近紅外光(Near infrared,NIR)具有組織穿透深的特性,但是缺乏對NIR響應(yīng)的光敏感蛋白,使其不能直接應(yīng)用于光遺傳學(xué)。應(yīng)用上轉(zhuǎn)換納米粒(Upconversion nanoparticles,UCNPs)將NIR轉(zhuǎn)換為可見光用于光遺傳學(xué)調(diào)控,激活特定神經(jīng)元引起信號轉(zhuǎn)導(dǎo)具有很好的前景,但是針對動物運動行為調(diào)控的研究少有報道,且存在效應(yīng)機制不明確等問題。在本文中,我們設(shè)計合成的808 nm激發(fā)UCNPs產(chǎn)生的綠色熒光,能有效激活在線蟲不同神經(jīng)元上表達的光敏蛋白Chrimson,實現(xiàn)對線蟲運動的調(diào)控并對其機制進行探究。主要研究結(jié)果如下:(1)UCNPs的制備和表征。采用高溫熱分解法合成了Nd~(3+)敏化的納米粒。納米粒粒徑均一,大小約為26 nm,結(jié)晶性良好,為β相晶型。熒光光譜顯示,UCNPs分別在379 nm、408 nm、522 nm、541 nm、655 nm處有發(fā)射峰,其中541 nm發(fā)射最強。熒光相比較傳統(tǒng)980 nm激發(fā)的NaYF_4:18%Yb,2%Er增強了63%。(2)UCNPs/NIR對線蟲運動的調(diào)控。UCNPs+808 nm能夠降低hpIs593線蟲爬行速率,抑制身體彎曲。電生理測試結(jié)果表明,UCNPs+NIR激活表達Chrimson的抑制性神經(jīng)元D-MNs,引起體壁肌肉動作電位發(fā)放頻率降低,導(dǎo)致線蟲癱瘓。游泳運動行為測試結(jié)果顯示,UCNPs+NIR抑制hpIs593線蟲游泳運動時身體的擺動頻率,擺動周期從0.6 s延長至1.14 s。同時,UCNPs+NIR也能夠激活表達Chrimson的興奮性中間神經(jīng)元DVC,引起體壁肌肉動作電位發(fā)放頻率增加,激活線蟲后退運動。(3)線蟲對UCNPs的攝取和代謝。線蟲體內(nèi)的熒光強度在喂食UCNPs 12 h后達到飽和,48 h后UCNPs全部排出體外。熒光共定位和冷凍切片TEM結(jié)果表明,UCNPs主要分布在線蟲腸道中,體內(nèi)的UCNPs仍可以影響線蟲的運動。(4)UCNPs的毒性研究。UCNPs短時接觸和長期喂食都不會影響線蟲的神經(jīng)發(fā)育。分別從線蟲體長、產(chǎn)卵量和壽命三方面評價UCNPs對線蟲生長發(fā)育的長期毒性影響。結(jié)果表明,喂食UCNPs的線蟲體長與正常條件下沒有區(qū)別;產(chǎn)卵數(shù)量沒有明顯變化;隨著濃度增加,線蟲壽命略微縮短,但是沒有顯著性差異。本文研究表明,UCNPs/NIR體系可用于調(diào)節(jié)神經(jīng)元活性,調(diào)控動物的運動行為,并在其它實驗體系中有著廣泛的應(yīng)用前景,為后續(xù)光遺傳學(xué)應(yīng)用提供新的研究思路。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文1 緒 論術(shù)的發(fā)展給科學(xué)研究帶來革命性的變革。2005 年，Karl Deisseroth 在大達一種光敏感的微生物蛋白 Channelrhodopsin-2（ChR2），通過使用脈現(xiàn)了時空精確可控地激活神經(jīng)元[1]，這是光遺傳學(xué)技術(shù)的首次報道。此，光遺傳學(xué)正經(jīng)歷著快速的發(fā)展（圖 1.1），，2010 年被《Nature Method法，同年被《Science》評為“年度最受關(guān)注科技成果技術(shù)”之一。光出現(xiàn)為神經(jīng)科學(xué)研究打開了新的視野，為人類探究和解析大腦神經(jīng)功方法，對神經(jīng)疾病的病理解析及治療提供了新的技術(shù)支撐。

泛分布于古細菌、細菌、真菌和藻類中，起到光合和信號紅質(zhì)需要在高鹽的環(huán)境下才能有效發(fā)揮功能。2002等人發(fā)現(xiàn)在萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）眼點控趨光和避光反應(yīng)[4]。Nagel 等人的研究發(fā)現(xiàn)，這兩種視離子通道，由七次跨膜基序構(gòu)成。他們將這兩種視psin-1（ChR1）和 Channelrhodopsin-2（ChR2），其中 Ch2 是一種光控非選擇性陽離子通道，對陰離子無滲透性后，人們將這種通道視紫紅質(zhì)廣泛用于神經(jīng)科學(xué)研究，近，且響應(yīng)動力學(xué)較差，人們又在此基礎(chǔ)上改造得到了吸收紅移的 C1V1、ReChR 和 VChR1，但它們的響應(yīng)波長poetke 等人在衣藻 Chlamydomonas noctigama 中發(fā)現(xiàn)了具陽離子通道 Chrimson，它的主要響應(yīng)波長位于 590 nm，應(yīng)波長紅移 45 nm（圖 1.2）[7]。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O657.3;TB383.1;Q34

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳奇丹;楊生;;上轉(zhuǎn)換材料的制備及發(fā)展[J];廣東化工;2012年08期

2 祝威;張曉丹;金鑫;劉永娟;王東豐;趙穎;;NaYF_4:Er/Yb上轉(zhuǎn)換材料的優(yōu)化制備及其特性研究[J];光電子.激光;2010年09期

3 周永紅;田玉鵬;吳杰穎;;有機上轉(zhuǎn)換激光材料研究進展[J];化工時刊;2006年04期

4 張瑞萍,陳曉波,康洞國;雙頻上轉(zhuǎn)換三維立體顯示實時動態(tài)模擬[J];北京師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2004年01期

5 李輝;桂征宇;梁永;俞樟森;吳愛國;;單分散上轉(zhuǎn)換納米熒光微粒的熒光壽命測量[J];光學(xué)精密工程;2017年02期

6 吳悅;胡繼輝;梅青松;李炳南;;一種基于角錐棱鏡的上轉(zhuǎn)換熒光檢測系統(tǒng)[J];集成技術(shù);2016年05期

7 鐘誠;畢劍;賴欣;高道江;;上轉(zhuǎn)換白光材料的研究進展[J];現(xiàn)代化工;2015年06期

8 周書華;Marco Bettinelli;Luís Carlos;Xiaogang Liu;;鑭系元素摻雜的上轉(zhuǎn)換納米顆粒[J];物理;2015年09期

9 石連升;溫猛;錢艷楠;王銳;郝銘;;Yb:Er:Tm:LiTaO_3的上轉(zhuǎn)換發(fā)白光性能研究[J];中國稀土學(xué)報;2011年01期

10 單秉銳,鄒玉林,劉燕行,臧競存;上轉(zhuǎn)換激光晶體研究進展[J];人工晶體學(xué)報;2004年05期

相關(guān)會議論文 前10條

1 韓慶鑫;劉偉生;;血清中的抗壞血酸上轉(zhuǎn)換納米探針[A];第十四屆固態(tài)化學(xué)與無機合成學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2016年

2 嚴冬;楊正文;竺侃;;A1_2Y_4O_9:Yb,Er反蛋白石中的上轉(zhuǎn)換發(fā)射和顏色調(diào)諧[A];戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的培育和發(fā)展——首屆云南省科協(xié)學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

3 高偉;李嬌;高當麗;田宇;崔敏;孫瑜;閻曉慶;鄭海榮;;顆粒形貌對六方相NaYbF_4:Pr~(3+)納米晶體上轉(zhuǎn)換熒光的影響[A];第七屆全國稀土發(fā)光材料學(xué)術(shù)研討會會議論文摘要集[C];2011年

4 劉明麗;李繼山;楊榮華;;核殼型上轉(zhuǎn)換熒光納米探針用于一氧化氮的檢測及成像研究[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第04分會：納米生物傳感新方法[C];2014年

5 李建地;李興妍;白玉臻;李晶瑞;時國慶;弓愛君;;稀土上轉(zhuǎn)換材料的基質(zhì)選擇及應(yīng)用研究[A];第十七屆全國稀土分析化學(xué)學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2019年

6 袁荃;;核酸適配體功能化稀土上轉(zhuǎn)換納米材料[A];第十三屆固態(tài)化學(xué)與無機合成學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2014年

7 臧競存;鄒玉林;劉燕行;單秉瑞;;上轉(zhuǎn)換激光晶體研究進展[A];中國硅酸鹽學(xué)會2003年學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2003年

8 谷戰(zhàn)軍;田甘;趙玉亮;;熒光上轉(zhuǎn)換納米材料的光譜調(diào)控及其在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第35分會：納米生物醫(yī)學(xué)中的化學(xué)問題[C];2014年

9 李樂樂;;上轉(zhuǎn)換納米晶的表面生物功能化及納米探針構(gòu)建[A];中國稀土學(xué)會2017學(xué)術(shù)年會摘要集[C];2017年

10 李嬌;高偉;高當麗;田宇;鄭海榮;;四方相LiYF4:Yb/Er晶體顆粒的合成及上轉(zhuǎn)換熒光研究[A];2011西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2011年

相關(guān)重要報紙文章 前6條

1 劉剛;稀土上轉(zhuǎn)換納米智能探針研究取得新進展[N];中國有色金屬報;2016年

2 通訊員 張華 記者 馮國梧;近紅外光讓藥物“制導(dǎo)”更快更準[N];科技日報;2016年

3 本報記者 杜冰;存量個貸“換錨”跟蹤：六大行線上轉(zhuǎn)換平穩(wěn)推進[N];金融時報;2020年

4 才語;轉(zhuǎn)換觀念 找準方法 開創(chuàng)轉(zhuǎn)型發(fā)展新局面[N];淮南日報;2014年

5 鄭原馳 記者 李林巖;我省8項成果喜獲國家科學(xué)技術(shù)獎[N];吉林日報;2012年

6 魏曉東 中央社會主義學(xué)院教授;培育新“兩農(nóng)”進入中產(chǎn)階層[N];中國經(jīng)濟時報;2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王傳英;Cr~(3+)摻雜β-NaYF_4:Yb/Er上轉(zhuǎn)換薄膜的制備及其摩擦學(xué)性能研究[D];上海交通大學(xué);2016年

2 劉宇嘉;基于上轉(zhuǎn)換納米材料的新型光學(xué)超分辨技術(shù)[D];上海交通大學(xué);2016年

3 崔照文;稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒用于癌癥等疾病診療研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所);2019年

4 李貞;基于夾層結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)換納米顆粒的熒光共振能量轉(zhuǎn)移探針的設(shè)計及應(yīng)用[D];武漢大學(xué);2016年

5 索浩;基于FIR技術(shù)的稀土摻雜上轉(zhuǎn)換測溫材料特性研究[D];西北大學(xué);2019年

6 亢寧;稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米顆粒的發(fā)光性能調(diào)控及其應(yīng)用于多模式生物成像的研究[D];廈門大學(xué);2017年

7 張俐;近紅外納米平臺的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];吉林大學(xué);2019年

8 王冉;稀土上轉(zhuǎn)換納米晶中的紅外激光誘導(dǎo)熱效應(yīng)及傳感特性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

9 趙小奇;稀土摻雜氧化物上轉(zhuǎn)換微/納米晶的可控合成及光譜調(diào)控[D];西北大學(xué);2018年

10 吳園;基于核酸適體的多功能上轉(zhuǎn)換納米探針的研究[D];湖南大學(xué);2018年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王燁;稀土摻雜熒光材料的光學(xué)測溫設(shè)計[D];南京郵電大學(xué);2019年

2 敖艷肖;上轉(zhuǎn)換納米粒介導(dǎo)的近紅外光遺傳學(xué)技術(shù)對線蟲運動的調(diào)控[D];華中科技大學(xué);2019年

3 馮凱麗;稀土摻雜ZnWO_4/TiO_2上轉(zhuǎn)換光催化材料的制備及影響因素研究[D];上海交通大學(xué);2016年

4 黃紹祚;稀土摻雜上轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)傳輸及定向發(fā)射研究[D];陜西師范大學(xué);2019年

5 張昌健;皇冠狀稀土摻雜上轉(zhuǎn)換波導(dǎo)的發(fā)射和傳輸研究[D];陜西師范大學(xué);2019年

6 馮朋朋;可見—紅外光響應(yīng)光催化復(fù)合材料制備及光催化性能研究[D];安徽理工大學(xué);2019年

7 邵帥;稀土摻雜NaYF_4的合成、表面修飾及生物應(yīng)用研究[D];長春理工大學(xué);2019年

8 方愛金;幾種基于稀土氟化物上轉(zhuǎn)換熒光納米傳感器的構(gòu)建和應(yīng)用[D];湖南師范大學(xué);2017年

9 肖雙喜;異質(zhì)金屬離子摻雜NaYF_4的合成及上轉(zhuǎn)換性能的研究[D];東華理工大學(xué);2019年

10 張小梅;全息聚合物/液晶/棒狀上轉(zhuǎn)換納米晶復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能[D];華中科技大學(xué);2019年

本文編號：2626502