光遗传学是一门涉及神经科学、光学、半导体光电子学及生物医学的交叉科学。把光作为一种遗传学的研究工具, 可为神经科学研究提供更高效、精准的神经调控手段, 也为临床精神疾病的研究和治疗提供了新的思路。集成式注入型生物光电极是一种集刺激神经元的光源与采集生物电信号的微电极于一体的多功能生物微探针, 在利用活体生物进行的光遗传学研究中有着重要的应用。文章回顾了光遗传学的历史, 对集成式注入型生物光电极器件的分类和发展进行了分析, 详细比较了不同类型光电极器件在结构和性能上的差异, 从电学特性、噪声信号、生物兼容性及可靠性等方面进行评价。最后, 对光电极器件的未来发展进行了初步的探讨。

针对医用植入体材料锆基金属玻璃在应用中存在的生物兼容性问题,采用纳秒激光在金属玻璃试样表面诱导产生点阵和沟槽两种微纳结构,然后采用细胞活性测试、细胞分布和形态观察评价两种微纳结构对锆基金属玻璃生物兼容性的改善效果,并从表面形貌方面讨论激光表面改性对生物兼容性的改善机理。结果表明:相对于原始试样,激光诱导产生的沟槽结构能够显著增强成骨细胞在试样表面的黏附性和细胞活性,这主要归功于显著增加的表面粗糙度;点阵结构对细胞活性的改善效果不理想。除此之外,在沟槽试样表面,激光诱导产生的沟槽以及在沟槽内附着的微纳结构是成骨细胞在沟槽内部或附近沿着沟槽方向分布的主要原因。

作为一种新型的荧光探针, 量子点(QD)已经受到越来越多的重视, 制备工艺也显得格外重要。水相中合成的量子点效率低, 油相中的量子点经过转相以后效率也大大衰减。本论文利用再沉淀包覆的方法制备了具有良好的水溶性的掺杂绿光CdSe@ZnS的纳米颗粒G-NPs(534 nm)和掺杂红光CdSe@ZnS的纳米颗粒R-NPs(610 nm), 具有窄的半峰宽(G-NPs ~29 nm, R-NPs ~31 nm), 较小的粒径(45 nm), 并在此基础上通过发射光谱与荧光衰减研究了量子点之间的能量传递现象。该方法保留了量子点原来的性质, 基于其优良的光学性质, 对人类肝细胞肝癌细胞株(HepG2)进行了荧光标记, 从共聚焦成像实验结果看出, 纳米颗粒得到了良好的吞噬效果。

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂, 利用溶剂热法合成了NaYF4∶20%Yb3+, 3%Er3+(摩尔分数)的上转换发光纳米粒子。利用扫描电子显微镜对粒子的形貌进行了表征, 结果表明纳米颗粒的尺寸在30～40 nm, 分布比较均匀。在980 nm红外光的激发下, 样品能够发出肉眼可见的明亮的黄色上转换荧光。样品可以较好地分散在水溶液中形成透明澄清的溶液。利用MTT实验测量了不同给药浓度下NaYF4纳米粒子是否对HeLa细胞具有生物毒性。结果表明: PVP修饰的NaYF4∶Yb3+/Er3+上转换发光纳米粒子具有较好的生物兼容性, 对HeLa细胞无生物毒性, 在生物荧光标记领域具有潜在的应用价值。