电刺激是神经系统性疾病治疗中最为常见的一种神经调控技术。其中,电极是实施神经电刺激治疗时必不可少的关键部件,可代替受损神经元,完成神经元之间电信号的传递。因此,电刺激治疗过程中常需要将神经电极长期植入在组织中。然而,传统的植入式电极体积相对较大,不可避免地会引起电极周围组织的免疫反应,同时,电极性能也会随植入时间的延长而逐渐降低;可注射式网状电极虽然解决了植入式电极存在的问题,但由于其弯曲刚度低,注射过程中易发生偏折,且所需设备的要求较高,仍有待进一步研究。可注射式纳米光电极作为新型的神经电极,可原位注射于特定脑区,利用光控操纵神经电活动,具有灵活便捷、实时高效、安全稳定等优点。本论文基于光响应半导体材料,设计、合成了功能化的纳米颗粒,作为新型可注射式纳米光电极,初步实现了对神经元的调节。主要研究内容如下:1、新型纳米光电容电极用于脑神经元调控的研究:成功构建了TiO2包裹锌卟啉（ZnTPyP）自组装纳米棒（ZSND@TO）的新型纳米光电极,通过光刺激增强ZSND@TO/神经元膜界面的离子电流,实现了电容性过程调控神经活动。J-聚集的Zn TPyP阵列有利于激子在ZSND中长距离扩散至异质结界面处,借助于TiO2超快注入动力学特性,界面电子可快速注入TiO2,形成具有高自由能的TiO2（e-）,进而驱动细胞膜外阳离子在其表面可逆吸附,诱导神经元阈值电位去极化和动作电位产生,从而可以实现高时空特异性地调控神经电活动。活体BOLD功能磁共振成像和c-Fos图谱证实,将ZSND@TO注射进小鼠大脑后,光照可触发局部神经元簇的电活性,并对下游区域产生刺激作用,且未出现明显的免疫炎症反应和自由基损伤。这类新型的光电容电极刺激技术为光遗传学提供了一种替代方法,可作为神经系统疾病治疗和创伤修复的纳米光电容电极。2、新型纳米光赝电容电极调节神经元电活性的研究:设计合成了由MnO2纳米片包裹纳米球Zn TPyP-Au（ZSA）的新型纳米光电极（ZSAM）,通过光刺激促使ZSAM/神经元膜界面发生可逆的氧化还原反应,形成赝电容电流,实现调节神经元活动。内核ZSA中的Au,可加促ZSN内光生激子的分离,并扩散到MnO2表面。MnO2作为经典的赝电容电极材料,可以与光生电子以及神经元膜表面的Na+共同作用,发生可逆的氧化还原反应,从而改变神经元膜外的电荷分布,诱导神经元发生去极化,产生动作电位,从而加强神经信号的传递。体外神经细胞钙成像数据显示,405nm激光刺激时,可诱发神经细胞去极化,引发Ca2+内流,激活神经元电活动,且在整个光刺激过程中没有活性氧等有害物质产生。这类新型的纳米光电极通过在材料/神经元界面形成赝电容性电流,具有更高的电荷注入密度,为新型神经电极的研究提供借鉴。