神经接口处的纳米材料可以在生物电子设备和天然神经组织之间提供桥梁，并实现信号与大脑的双向传输。光活性纳米材料，如无机和聚合物纳米颗粒、纳米管、纳米线、纳米棒、纳米片或相关材料，正在探索模拟、调节、控制甚至替代神经细胞或组织的功能。它们在下一代神经接口技术中显示出巨大的前景，具有优异的空间和时间精度。在这篇综述中，南京大学沈群东教授重点介绍了这些纳米材料在精确控制单个神经元、用于视力恢复、修复或再生中枢或周围神经组织的仿生视网膜修复术以及用于治疗运动或精神障碍的无线深脑刺激中的发现和理解。最有趣的特征是，光活性材料符合微创和无线策略，以触发神经活性分子的流量，从而影响细胞膜电位或与基因表达相关的关键信号分子。特别是，团队关注纳米材料-神经界面和生物系统行为的光信号转导的有价值的途径。最后，科研人员描述了如何设计针对神经疾病的光活性纳米材料的挑战。还有一些悬而未决的问题，如长期界面稳定性和信号转导效率，有待临床实践进一步探索。

文章要点

1）最有趣的特征是光活性材料适合微创和无线策略，以触发神经活性分子的通量，从而影响细胞膜电位或与基因表达相关的关键信号分子。

2）特别地，作者关注光信号转导在纳米材料-神经界面的有价值的途径和生物系统的行为。

3）最后，作者描述了如何设计光活性纳米材料特异性神经障碍的挑战。此外，在长期界面稳定性、信号转导效率等方面还存在一些有待临床进一步探索的问题。

总结：在这篇综述中，团队总结了应用于神经调节和生物医学应用的光活性材料的最新进展。具体而言，团队关注材料-生物界面处光诱导信号的可能机制和相应的神经刺激过程。利用光活性物质产生的电、热、光和其他物理信号来调节神经元，为神经功能调节提供了强有力的工具。对脑-机界面的研究旨在研究生物-非生物界面上光介导的能量转换系统的特性，从而探索增强或抑制电荷和非电荷效应的不同方法。如何以最小的设计复杂度将外部能量转换为有意义的信号以进行细胞调节是至关重要的。在生物学应用中，团队专注于光敏平台作为人工视网膜的主要用途，治疗退行性疾病和组织再生。此外，由超声或磁场激活的能量转换材料也有助于构建非侵入性平台，从长远来看，与细胞芯片结合是最重要的。团队相信，这些类型的纳米材料甚至可以用于临床诊断和治疗。

已经开发了一系列用于细胞信号转换的光调节策略，以调节神经功能并提高再生治疗的效率。光活性纳米材料可以将局部光刺激转换为物理场，从而控制细胞功能，调节质膜、离子通道，甚至细胞内基因转录。尽管对应用于生物医学领域的几种类型的光活性材料进行了广泛的研究，但如何设计匹配的系统仍然需要优化。研究人员需要考虑如何在复杂的细胞信号通路中使用这些光敏器件，并进一步调节细胞命运和改变大脑功能。功能纳米材料的光介导能量转换潜力有望探索细胞器，即具有特定功能的亚细胞结构，或亚细胞长度尺度上的蛋白质-蛋白质相互作用。这些纳米材料可以在空间和时间上高精度地靶向神经元的特定局部区域，从而最终建立无缝的纳米生物界面和“半机器人”。在不久的将来，它们可能会导致一种光疗和疾病治疗。

参考文献:

DOI: 10.1021/acsnano.2c08543