سنسورهای ولتاژ مصنوعی

تصویربرداری ولتاژ با سنسورهای PeT. (الف) - (ب) مکانیسم سنجش ولتاژ در فلوروفورهای حساس به ولتاژ مبتنی بر PeT. (ج) ساختار یک فلوروفور اولیه حساس به ولتاژ، حسگر قرمز برکلی پتانسیل گذر غشایی، BeRST 1. (د) تصویر فلورسانس از نورون‌های هیپوکامپ کشت‌شده بارگذاری شده با BeRST 1. نوار مقیاس [خطای پردازش ریاضی] است. (e)–(f) نمونه‌هایی از ثبت همزمان الکتروفیزیولوژیک (سیاه) و نوری (مژانتا) نوسانات خود به خودی ولتاژ از نورون 1 (e) و فعالیت خود به خودی از نورون‌های 2 تا 5 (f). نورون های مربوطه در (d) برچسب گذاری شده اند. اقتباس از واکر و همکاران 178 و لیو و میلر، 179 © 2020 انجمن شیمی آمریکا.

سنسورهای ولتاژ مصنوعی

به طور سنتی، خواص الکتریکی نورون ها با استفاده از ضبط های الکتروفیزیولوژیکی درون سلولی که بسیار دقیق هستند، اما در عین حال پایانی، تهاجمی، کم توان و کار فشرده هستند و به ویژه در مغز پستانداران رفتاری دشوار است، ارزیابی می شوند.

حسگرهای مصنوعی (رنگ‌ها) انگیزه اولیه‌ای برای کاوش پتانسیل عصبی گذرنده با تصویربرداری نوری به عنوان جایگزینی برای ضبط‌های الکتروفیزیولوژیکی فراهم کردند. تقریباً 50 سال پیش، آزمایش‌ها بر روی آکسون ماهی مرکب تغییراتی را در خواص نوری رنگ‌ها در پاسخ به تغییرات پتانسیل غشا نشان داد. رنگ هایی که پارتیشن بندی وابسته به ولتاژ را در داخل غشاء نشان می دهند و رنگ هایی با واکنش سریع که خواص نوری آنها با تغییر میدان های الکتریکی مدوله می شود.173 رنگ های حساس به ولتاژ به ویژه در سیستم های مدلی که فاقد ابزارهای آماده برای دستکاری ژنتیکی هستند و به طور گسترده برای دستکاری ژنتیکی مورد استفاده قرار می گیرند، مفید هستند. نقشه برداری عملکرد مغز در پستانداران و پستانداران غیر انسانی.174

اخیراً، فلوروفورهای حساس به ولتاژ مبتنی بر انتقال الکترون القا شده با نور حساس به ولتاژ (PeT) 175176 به عنوان راه دیگری برای سنسورهای ولتاژ مصنوعی177 ظهور کرده‌اند (شکل 9). تغییرات در پتانسیل غشاء، نرخ پت را در چارچوب گیرنده دهنده رنگ ها تغییر می دهد. در پتانسیل هایپرپولاریزه، PeT از یک اهداکننده آنیلین غنی از الکترون توسط پتانسیل هایپرپلاریزه شتاب می گیرد و از انتشار فوتون از حالت برانگیخته فلوروفور جلوگیری می کند و فلورسانس را خاموش می کند [شکل. 9 (الف)]. در پتانسیل های دپلاریزه، پتانسیل غشاء معکوس PeT را مهار می کند و رنگ روشن می شود [شکل. 9(b)].179 جدیدترین شاخص‌های مبتنی بر PeT از نظر سرعت، حساسیت و روشنایی با شاخص‌های رمزگذاری شده ژنتیکی به‌طور مطلوب مقایسه می‌شوند. تحریک چند فوتونی، 102،181،182 نشانگرهای ولتاژ مصنوعی مبتنی بر PeT را به روشی جذاب برای تصویربرداری از تغییرات پتانسیل غشایی سریع در مغزهای دست نخورده تبدیل کرده است. با این حال، یک مشکل برجسته تحویل رنگ های فلورسنت به سلول های خاص است.