研究目的
开发一种通用的生物偶联策略，通过胆固醇功能化将金纳米颗粒（AuNPs）连接到可兴奋细胞的质膜上，从而在不靶向特定膜蛋白的情况下实现光诱导动作电位的产生。
研究成果
金纳米颗粒-聚乙二醇-胆固醇（AuNP-PEG-Chol）共轭物通过光电容机制有效诱导神经元产生光触发动作电位，展示了一种无需蛋白质特异性靶向的通用神经光敏化策略。该方法为探索组织适用性和潜在治疗应用提供了优势，未来需进一步研究其可调性及联合药物递送功能。
研究不足
该研究仅限于DRG神经元和HEK细胞的体外实验，未涉及体内适用性。质膜标记的异质性可能影响光响应的一致性。该方法依赖低nM浓度，但最佳剂量和长期效应尚未充分探究。其机制假设紧密拴系以实现高效热传递，而这一条件可能因细胞类型或膜组成不同而变化。
1：实验设计与方法选择：
研究通过合成20纳米球形聚乙二醇化胆固醇修饰金纳米颗粒（AuNP-PEG-Chol），测试其锚定神经元质膜并通过激光激发产生等离激元加热诱导动作电位的能力，采用热传导与光电容理论模型进行分析。
2：样本选择与数据来源：
使用新生大鼠背根神经节（DRG）神经元与HEK 293T/17细胞。神经元经分离培养后与金纳米颗粒复合物标记，通过电流钳模式下的电生理记录采集数据。
3：实验设备与材料清单：
包括蔡司IM 35显微镜、Axopatch 200B放大器、Sutter仪器P-2000二氧化碳激光微电极拉制仪、532纳米DPSS激光器、声光调制器、尼康A1RSi共聚焦显微镜、岛津UV-1800分光光度计、JEOL 2200-FX透射电镜、ZetaSizer Nano系列动态光散射仪，以及Sigma和Life Technologies提供的氯金酸、聚乙二醇衍生物、细胞培养试剂等化学品。
4：实验流程与操作步骤：
通过碳二亚胺化学法用TA-PEG-COOH和PEG-Chol修饰金纳米颗粒，将细胞与金纳米颗粒复合物孵育、洗涤后施加不同时长与功率的激光脉冲并记录膜电位，通过将金纳米颗粒加入膜片钳溶液实现胞内递送。
5：数据分析方法：
采用定制电生理软件分析数据，对静息电位、去极化幅度及阈值能量进行统计分析，拟合数据的幂律关系，并通过增殖与活力检测评估细胞毒性。
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Microscope
Zeiss IM 35
Carl Zeiss Microscopy
Visualization of cells during electrophysiological recordings.
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Spectrophotometer
UV-1800
Shimadzu
UV-Vis spectroscopy for AuNP characterization.
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Transmission Electron Microscope
JEOL 2200-FX
JEOL
Structural characterization and elemental analysis of AuNPs.
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Dynamic Light Scattering Instrument
ZetaSizer NanoSeries
Malvern Instruments
Measurement of hydrodynamic size and zeta potential of AuNPs.
-
Gold Nanoparticle
20 nm spherical
Used as photoactivatable material for plasmonic heating to induce action potentials in neurons.
-
Amplifier
Axopatch 200B
Molecular Devices
Current-clamp membrane voltage recording.
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Laser
532 nm DPSS laser
UltraLasers
Photoexcitation of AuNPs with 532 nm light pulses.
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Acousto-optic Modulator
NEOS Technologies, Gooch & Housego
Control of laser pulse presentation.
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Confocal Microscope
Nikon A1RSi
Nikon
Imaging of cellular labeling with fluorescent conjugates.
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Micropipette Puller
P-2000 CO2 laser
Sutter Instruments
Pulling patch pipettes for electrophysiology.
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