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　　在光遺傳學中使用多色可見光對多個神經元集群進行獨立的調控可以實現對于復雜的大腦功能和行為的解析。由于可見光對顱骨腦組織的穿透能力較弱，實驗中往往需要植入光纖給光。基于近紅外光可激發的稀土上轉換納米顆粒（UCNPs），則能夠在深組織穿透下避免光纖植入的侵入性。傳統的單色光UCNPs及其混合材料，在單一波長的紅外光激發下，具有共生的多重波長發射，不可避免的導致一種近紅外波長的激發產生多個可見區譜帶的發射峰，從而由其介導的多色光遺傳學對多重神經元集群進行調控時會存在干擾，無法實現獨立控制。

　　團隊開發了發了激發波長特異性響應的三色發射上轉換納米顆粒。該材料具備將808 nm，980 nm，1532 nm三種近紅外光轉化為一一對應的540 nm綠色，475 nm藍色以及651 nm紅色發射的能力。并且三組激發-發射波長互不干擾。由此得到的近紅外上轉化系統，可以對應激活ChR2，C1V1，ChrimsonR三種具有藍、綠、紅波長活性的光遺傳通道蛋白。通過基因編碼與表達，可以產生對PV，CamKIIα，SOM神經元集群的選擇性神經信號刺激響應。選擇性的刺激方式具有各個通道的強度獨立可調性，團隊進一步以雙通道透顱刺激小鼠的運動皮層腦區的方式，實現了對小鼠的運動行為的光調控。這種三色獨立正交的上轉換材料與獨立刺激神經元產生響應的方法為神經科學的信號通路研究提供了新的工具，有助于腦科學種關于動物行為神經調控的研究發展。

圖1. （a）三色正交稀土上轉換納米顆粒介導多通道神經元獨立調控方法示意圖。

（b）三色正交稀土納米顆粒與傳統稀土上轉換納米顆粒混合物的結構與激發發射波長。

　　參考文獻:

　　Xuan Liu#, Heming Chen#, Yiting Wang#, Yueguang Si, Hongxin Zhang, Xiaomin Li*, Zhengcheng Zhang, Biao Yan, Su Jiang, Fei Wang, Shijun Weng, Wendong Xu, Dongyuan Zhao, Jiayi Zhang* and Fan Zhang*. Near-infrared manipulation of multiple neuronal populations via trichromatic upconversion. Nature Communications, 2021, 12, 5662.