图 高通量免标记神经信号成像技术及仪器

　　在国家自然科学基金项目（批准号：22250009，22261132510, 22034003）等资助下，南京大学康斌教授、徐静娟教授等研制出一种非接触、高灵敏、高通量的免标记神经成像工具。相关研究成果以“用于活细胞中离子通道活性成像的电化学调制干涉散射显微镜 (Electrochemically modulated interferometric scattering microscopy for imaging ion channel activity in live cells)”为题，2025年6月5日在线发表于《自然-光学》（Nature Photonics）杂志，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-025-01696-z。

　　神经细胞之间的复杂互作、通讯和多元化连接，是形成神经活动的物质基础。阐明细胞膜上大量离子通道的活性及其时空协同，是理解神经信号传递的关键。目前关于神经信号传递的本质，还有很多基本问题未能完全解答。比如，神经细胞集群中是如何产生智能应答的？神经信号传递过程中会不会像电线一样发热？为什么大脑可以如此高效低能耗的运行？由于目前神经电生理工具的技术局限性，难以测量和解析神经细胞集群通讯中离子通道的时空动态演化。科学家一直在寻求一种非接触、高灵敏、高通量的免标记神经成像工具，兼具单离子通道的灵敏度，以及高通量的成像能力，可以对神经信号传导进行非接触式的长时间测量。

　　针对该挑战，上述团队提出了基于电化学调制干涉散射的免标记神经成像方法。该方法摒弃了以离子导通电流来测量离子通道活性的研究思维，从离子通道本身的物理属性出发，提出了免标记光学成像方法测量离子通道局部离子扩散场的全新测量原理，从原理上突破膜片钳通量低的限制。同时，利用局域离子场的扩散来实现不同离子通道的定位识别，不需要任何荧光标记或电极封接，最大程度降低细胞损伤，实现了细胞上大量离子通道的高通量并行成像。

　　在测量原理验证后，上述团队提出了“高通量免标记神经成像仪”的原创仪器设计理念，并申请了国家发明专利（CN117388152A）和国际专利（WO2025/077331）；该仪器的关键技术获得第49届日内瓦国际发明展金奖、第50届日内瓦国际发明展银奖等奖项。