不同实验场景中光遗传耗材的推荐使用参数

在光遗传实验中，需要用到跳线、转环、光纤、陶瓷插针等众多耗材，并且这些耗材又存在光纤芯径、NA值、长度、陶瓷头直径等众多参数，因此许多科研人在做光遗传实验并进行耗材选配的过程中难免会出现一些疑惑，面对如此多的参数，不知道哪些才是自己所需求的，接下来本文就将带大家了解在不同实验场景中光遗传耗材的推荐使用参数。
 

在此之前，我们首先要了解一下在光遗传实验中使用到的各个耗材及其规格。我们将以瑞沃德IOS-465nm/IOS-589nm光遗传及其耗材举例：

一、耗材参数介绍

光纤由纤芯、包层、镀层、材料层、外层护套组成。

• 芯径：在光纤中大部分的光功率由纤芯通过。
• 数值孔径(NA)：决定了光纤能够接受入射光的入射角范围，NA值越大，范围越大，同样也对应着其发射光的角度范围。
• 陶瓷头直径：光纤一端为FC/PC接头，另一端为陶瓷头，陶瓷头外径为1.25mm和2.5mm两种规格。

 

陶瓷插针：
芯径：100、200、300、400μm，根据目标脑区或动物的大小，选择不同的芯径规格；
NA值：0.22、0.39、0.50，根据目标脑区或动物的大小，选择不同的NA值；
陶瓷头外径：Ø1.25mm（6.4mm长）、Ø2.5mm（10.5mm长），一般情况下，小鼠推荐使用Ø1.25mm，大鼠推荐使用Ø2.5mm的规格；
光纤长度：2-20mm，步径为0.5mm（可定制）；透光率≥90%，光纤弯曲率≥90%。
 

（注：黑色陶瓷插针与白色陶瓷插针的区别在于，白色陶瓷插针由于陶瓷头为白色，易透光，在激光输出过程中可能产生漏光现象，黑色陶瓷插针则不易漏光）

跳线：
做清醒动物实验时，用于连接光源与转环

• 芯径：100、200、300、400μm；
• NA值：0.22、0.39、0.50；

两端皆为FC/PC陶瓷头，默认长度为1m，可定制
 

光纤：

• 芯径：100、200、300、400μm；
• NA值：0.22、0.39、0.50；

FC/PC陶瓷头至直径1.25或2.5mm陶瓷头，默认长度为1m，可定制
 

光纤旋转器（转环）：

适用于清醒自由活动动物，避免动物的活动过程中，光纤等线路的缠绕，适用于长时间的刺激和观测实验。

1x1 FC-FC光纤旋转器

一分多光纤：
用于实验同时刺激多个脑区或多只动物。

• 一分二光纤
• 一分三光纤
• 一分四光纤

融合光纤：
用于对实验目标脑区进行双光源刺激。
 

其他耗材：

• 激光功率计：测量光纤末端功率值；
• 防尘帽：用于保护PC/UPC端面的陶瓷插针，以及ST/SC/FC跳线；
• 光纤剥离刀：剥离光纤涂覆层。

   

二、耗材参数推荐
现在我们已经了解了光遗传学实验中各个耗材的参数，接下来介绍不同实验中各个耗材的参数推荐：

常规单通道刺激（清醒动物）：
小鼠：
光源、跳线、转环、光纤、
陶瓷插针：100、200 μm芯径；0.22、0.39NA值；Ø1.25mm陶瓷头

大鼠：
光源、跳线、转环、光纤、
陶瓷插针：300、400 μm芯径；0.39、0.50NA值；Ø2.5mm陶瓷头

双（多）通道刺激（清醒动物）：
小鼠：
光源、跳线、转环、一分二光纤、
陶瓷插针：100、200 μm芯径；0.22、0.39NA值；Ø1.25mm陶瓷头

大鼠：
光源、跳线、转环、一分二光纤、
陶瓷插针：300、400 μm芯径；0.39、0.50NA值；Ø2.5mm陶瓷头

（注：若大鼠上同时刺激多个脑区，防止空间不够的问题，此时可选取Ø1.25mm陶瓷头。）

双光源刺激：
小鼠：
IOS-465/IOS-589光源、融合光纤、
陶瓷插针：100、200 μm芯径；0.22、0.39NA值；Ø1.25mm陶瓷头

大鼠：
IOS-465/IOS-589光源、融合光纤、
陶瓷插针：300、400 μm芯径；0.39、0.50NA值；Ø2.5mm陶瓷头
 

（注：上述三种情况中，光纤、跳线的芯径规格与NA值，以及陶瓷头直径，应与陶瓷插针的参数一致。）
 

答疑小贴士

内容拓展小贴士

光遗传是什么？
光遗传学技术是光学原理与基因工程相结合，利用遗传学方法将光敏感通道蛋白表达在特定细胞群中，这些光敏感通道蛋白会在特定波长的光照下开放，将质子泵出胞外，或者将阴离子（如Cl-）、阳离子（如Na+和K+）泵入胞内，使细胞超极化（hyperpolarization）或去极化(depolarization)，从而可以瞬时抑制或兴奋细胞。

光遗传实验步骤：

1. 选择合适光敏蛋白并构建质粒；
2. 将光敏蛋白包装到病毒载体中；
3. 在目标脑区注射病毒；
4. 埋植光纤插针；
5. 按既定激光参数进行光刺激；
6. 结合行为学、电生理、光纤记录等进行检测。