脑科学研究的发展高度依赖于技术创新，以实现对神经元集群活动的实时观察和精确操控，进而在全脑尺度上解析神经环路的功能和结构。因此，开发新技术是脑科学研究的关键和前沿。纳米感应探针的独特性能和微小尺寸有望使我们以全新的方式来检测或调控神经活动。我们拟借助于纳米科技，开发创新技术，以检测或调控神经活动，或对脑疾病进行精准诊疗。可以预见，未来神经科学领域和材料科学领域的深度交叉合作，有望为纳米感应探针的脑科学应用带来突破性研究进展。由于无需构建基因工程动物模型，纳米感应探针可快捷方便地应用于各种大型、小型模式动物，包括斑马鱼、鼠、非人灵长类等。课题组聚焦于以下研究方向： 

　　（1）开发纳米感应探针以检测神经活动：对群体神经元进行动态成像记录是脑科学研究的一个主要手段，亦是技术瓶颈。前期工作，我们分别开发了对K⁺（Nat. Nanotechnol., 2020; Sci. Adv., 2020）浓度变化和对膜电位（J. Am. Chem. Soc., 2020）变化敏感的荧光纳米探针。未来我们将开发多种对神经活动敏感的新型纳米探针，借助于高时空分辨率神经信号检测，实现既能在宏观上描绘全脑神经活动，又能在介观上分辨单个或一群神经元的神经活动，还能在微观上反映突触神经递质（如多巴胺等）的局部浓度变化。 

　　（2）开发纳米感应探针以调控神经活动：虽然电刺激、磁刺激、光遗传、化学遗传等各种神经调控技术日趋完善，如何对深部大脑进行无创、精准的神经调控，仍面临着严峻的挑战。我们将开发多种纳米能量转换器，使其在外源超声或磁场等刺激下，输出其他形式的能量。借助于纳米能量转换器原位产生的能量，开发新技术，以实现无创、精准的深部脑刺激。 

　　（3）开发纳米感应探针以实现脑疾病的精准诊疗：阿尔茨海默氏症、帕金森病、癫痫、抑郁症、脑肿瘤等脑疾病，已成为我国人口老龄化面临的重要社会问题之一。纳米感应探针不仅可用于脑功能研究，亦具有用于脑疾病精准诊疗的潜力。我们将开发对脑疾病标记物敏感的荧光/磁性纳米感应探针，从而探究多种脑疾病的发病机制并探索新的治疗策略。