阅读说明：本技术 用于增强脑性能或治疗应激的纳米粒子 (Nanoparticles for enhancing brain performance or treating stress ) 是由 艾格内斯·波迪尔 劳伦特·莱维 马里-艾迪斯·梅尔 于 2018-12-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及医学领域,特别是涉及增强脑性能以及治疗病理性应激。更具体而言,本发明涉及一种纳米粒子或纳米粒子聚集体,其用于增强对象的脑性能或用于预防或治疗对象的病理性应激而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场,并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源,其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料选自导体材料、半导体材料、介电常数ε<Sub>ijk</Sub>等于或高于(200)的绝缘体材料、和介电常数ε<Sub>ijk</Sub>等于或低于(100)的绝缘体材料。本发明还涉及包含这样的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的组合物和试剂盒,及其在无需将其暴露于电场并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源的情况下的用途。(The present invention relates to the field of medicine, and in particular to enhancing brain performance and treating pathological stress. More particularly, the present invention relates to a nanoparticle or aggregate of nanoparticles, wherein the material of the nanoparticle or aggregate of nanoparticles is selected from the group consisting of a conductive material, a semi-conductive material, a dielectric constant material, for enhancing brain performance of a subject or for preventing or treating pathological stress in a subject without exposing the nanoparticle or aggregate of nanoparticles to an electric field, and preferably without exposing the nanoparticle or aggregate of nanoparticles to any other external activation source ijk An insulator material equal to or higher than (200), and a dielectric constant ijk Equal to or lower than (100) insulator material. The invention also relates to compositions and kits comprising such nanoparticles and/or nanoparticle aggregates and their use without exposing them to an electric field and preferably without exposing them to any other external activation source, such as a light source, a magnetic field or an ultrasound source.)

用于增强脑性能或治疗应激的纳米粒子

本发明涉及医学领域，特别是涉及增强脑性能和治疗病理性应激。更具体地，本发明涉及一种纳米粒子或纳米粒子聚集体，其用于增强对象的脑性能或用于预防或治疗对象的病理性应激而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源，其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料选自导体材料、半导体材料、介电常数ε_ijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数ε_ijk等于或低于100的绝缘体材料。本发明还涉及包含这样的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的组合物和试剂盒，及其在无需将其暴露于电场并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源的情况下的用途。

背景技术

随着对神经科学的理解进步，脑可以被认为是一个电网络，通过它的电线——神经元编码和传输信息。神经元之间的连接性是简单，同时又复杂的：简单是因为它在于神经元内部离子的流入/流出，产生动作电位(或电活动的“峰电位”)；复杂是因为脑网络由数千亿计的神经元构成，其形成节点、集线器和模块，以各种空间和时间尺度展示协调的相互作用(Fornito等人，Nature Reviews Neuroscience，2015，16，159-172：脑障碍的连接组学(The connectomics of brain disorders))。神经通信取决于连接各个神经元的解剖学组成部分(结构)和传递信息的过程(功能)。这两个方面影响神经系统的整体性能。脑电活动模式的振荡有损于神经元相互作用，该振荡通常可通过脑电图(EEG)来测量。观察到不同的振荡频段：δ，θ，α，β，γ(Ward等人，Trends in Cognitive Sciences，2003，7(12)，553-559：同步神经振荡和认知过程(Synchronous neural oscillations and cognitiveprocesses))。在结构上，脑最醒目的神经解剖学特征是神经元之间丰富的连接性，其反映了神经通信的重要性。一个脑区与另一个脑区之间的振荡的同步化(“同步”)似乎通过引入空间-时间协调而构成信息编码的最后一级[第一级(神经元)：动作电位；第二级(神经元网络)：神经元振荡](Engel等人，Nature Reviews Neuroscience，2001，2，704-716：动态预测：自上而下处理中的振荡和同步(Dynamic predictions:oscillations and synchronyin top-down processing))。重要的是，出现的证据表明，在空间和时间上同步化和去同步化的微妙平衡模式是神经系统功能性能的根本(Schnitzler等人，Nature ReviewsNeuroscience，2005，6，285-296：脑中的正常和病理振荡通信(Normal and pathologicaloscillatory communication in the brain))。

特定的技能、创造力或创意的产生出现在某些个体中而在其他人中没有是非常令人费解的事情，而且仍未得到解释。然而，对某些疾病及其症状的研究可能有助于了解“正常”和“异常”脑的功能。例如，已经观察到患有神经变性疾病如额颞叶痴呆的个体随着他们的疾病进展而发展出绘图和绘画技能(Miller等人，Neurology，1998，978-982：在额颞叶痴呆中艺术才能的浮现(Emergence of artistic talent in frontotemporal dementia))。一些出版物表明，在创造性领域(工程，文学，绘画)工作的人(及其一级亲属)患神经系统疾病如双相综合征、精神***症或自闭症的倾向，比“非创造性人”高(Andreasen N.C.，American Journal of Psychiatry，1987，144(10)，1288-1292：创造力和精神疾病：在作家及其一级亲属中的患病率(Creativity and mental illness:prevalence rates inwriters and their first-degree relatives)；Baron-Cohen等人，Autism，1997，101-109：工程学和自闭症之间是否存在联系(Is there a link between engineering andautism)；Sussman等人，Stanford Journal of Neuroscience，2007，1(1)，21-24：精神疾病和创造力：“受折磨的艺术家”的神经学观点(Mental illness and creativity:aneurological view of the“tortured artist”))。已经精心制作了几个模型来描述创造和创意产生的过程：半球模型，其提示非优势半球专门用于创造性活动，或者最近的额颞叶模型，其提示颞叶中的变化可能会增加创意的产生，而额叶中的变化可减少创意的产生(Flaherty等人，J Comp Neurol，2005，493(1)，147-153：创意产生和创造性驱动的额颞叶和多巴胺能控制(Frontotemporal and dopaminergic control of idea generation andcreative drive))。实际上，某些学者可以在缺乏基本算术的同时进行深奥的数字计算(Snyder等人，Proceedings of the Royal Society of London B，1999，266，587-592：整数算术是心智处理的基础吗？：思维的秘密算术(Is integer arithmetic fundamental tomental processing？:the mind’s secret arithmetic))。有趣的是，有证据表明这样不寻常的能力与左(优势)半球抑制以及右(非优势)半球促进相关(Treffert D.A.，Philosophical Transactions of the Royal Society B，2009，364，1351-1357：学者综合征：一种不寻常的病症。概要：过去，现在，未来(The savant syndrome:an extraordinarycondition.A synopsis:past,present,future))。

因此，脑是一个动态系统，其中大脑功能的特定状态来源于神经元群体之间复杂的兴奋性和抑制性相互作用。于是，“异常”状态反映了神经元群体之间复杂的兴奋性和抑制性相互作用之间的失衡(Kapur等人，Brain，1996，119，1775-1790：脑行为研究中矛盾的功能促进，评论性综述(Paradoxical functional facilitation in brain-behaviourresearch，a critical review))。

本发明涉及纳米粒子和/或纳米粒子聚集体(纳米粒子的聚集体)，其用于增强、增加或改善脑性能/能力或用于预防或治疗病理性应激或其至少一种症状。

发明人在本文中描述的纳米粒子和纳米粒子聚集体不需要施加/感生电流或电场/刺激，并优选不需要暴露于任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源方能发挥其功能(即生效)。本文所述的纳米粒子和纳米粒子聚集体不需要暴露于电流或电场/刺激，并优选不需要暴露于任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源方能在本文描述的用途的情形下起作用。发明人发现，这些纳米粒子或纳米粒子聚集体可以有利地且令人惊讶地被有效使用，而无需将它们或者无需将施用它们的对象暴露于电流或电场/刺激，通常是例如通过经颅电刺激(TES)或经颅磁刺激(TMS)施加给所述对象的电流或电场/刺激，并优选不暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源。这意味着，得益于本发明，被治疗的对象将不会遭受到暴露于电流或电场/刺激或任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源的负面副作用。

如本领域技术人员公知的，纳米粒子具有提高的/高的表面积/体积比，通常10nm纳米粒子有约35％-40％的原子位于表面上，相比之下，尺寸超过30nm的纳米粒子则为不到20％。这种高的表面积/体积比与尺寸依赖性的强表面反应性有关。因此，与大块材料相比，纳米粒子(尤其是小于20nm的纳米粒子)可表现出新颖的性质。例如，已知金粒子是化学上惰性的，并且在宏观尺度上抗氧化，而尺寸低于10nm的金粒子则具有化学活性的表面。与金属纳米粒子化学失稳有关的毒性机制可能是(i)金属在溶液中的直接释放(溶解过程)，(ii)金属纳米粒子的催化性质，以及(iii)纳米粒子表面的氧化还原演变，其可以氧化蛋白质、产生活性氧(ROS)和诱导氧化应激(参见M.Auffan等人，Environmental Pollution 157(2009)1127-1133：金属纳米粒子的化学稳定性：体外控制其潜在细胞毒性的参数(Chemical Stability of metallic nanoparticles:a parameter controlling theirpotential cellular toxicity in vitro))。

除上文所述的呈现催化性质的金纳米粒子外，氧化铈(7nm-CeO₂粒子)或氧化铁(20nm-Fe₃O₄粒子)纳米粒子也显示出其表面的氧化还原改性，导致体外与氧化应激相关的细胞毒性效应(参见M.Auffan等人，Environmental Pollution 157(2009)1127-1133：金属纳米粒子的化学稳定性：体外控制其潜在细胞毒性的参数(Chemical Stability ofmetallic nanoparticles:a parameter controlling their potential cellulartoxicity in vitro))。同样，11nm-二氧化硅纳米结构也被生物介质侵蚀(参见S-A Yang等人，Scientific Reports 2018 8:185：二氧化硅纳米粒子在生物介质中的稳定性再探讨(Silica nanoparticle stability in biological media revisited))。

因此，如发明人在下文中所解释的，当打算在对象、通常是哺乳动物、特别是人类中体内使用时，要仔细选择尺寸低于30nm的纳米粒子。

本文首次有利地描述了纳米粒子或纳米粒子聚集体，其用于增强、增加或改善对象的脑性能/能力或用于预防或治疗对象的病理性应激或其至少一种症状而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源。所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料通常选自导体材料、半导体材料、介电常数ε_ijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数ε_ijk等于或低于100的绝缘体材料。

在一个特定的方面，发明人在本文中描述了纳米粒子或纳米粒子聚集体，其用于增强对象的脑性能或用于预防或治疗对象的病理性应激而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场或任何其他外部激活源，其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料选自导体材料、半导体材料、介电常数ε_ijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数ε_ijk等于或低于100的绝缘体材料，其中i)当所述材料是导体材料、半导体材料或介电常数ε_ijk等于或高于200的绝缘体材料时，该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸为至少30nm，并且其中ii)所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的核包覆有生物相容性包覆层，当在电解质浓度在0.001和0.2M之间、纳米粒子或纳米粒子聚集体材料浓度在0.01和10g/L之间以及pH在6和8之间的水溶液中测量时，所述包覆层提供中性或负性表面电荷。

本文还描述了纳米粒子或纳米粒子聚集体在制备组合物中的用途，所述组合物用于增强、增加或改善有此需要的对象的脑性能/能力或用于预防或治疗有此需要的对象的病理性应激或其至少一种症状而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源。

本文还描述了用于增强对象的脑性能或用于预防或治疗对象的病理性应激或其至少一种症状的组合物，其中所述组合物包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体和可药用载体，或由纳米粒子和/或纳米粒子聚集体和可药用载体组成，其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料通常选自导体材料、半导体材料、介电常数ε_ijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数ε_ijk等于或低于100的绝缘体材料，并且其中所述增强脑性能或者预防或治疗病理性应激是在无需将通过所述组合物施用于所述对象的纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源的情况下进行的。

本文还描述了包含至少两种不同的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体或由至少两种不同的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体组成的试剂盒，每种纳米粒子或纳米粒子聚集体由通常选自导体材料、半导体材料、介电常数ε_ijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数ε_ijk等于或低于100的绝缘体材料的不同材料组成，以及所述试剂盒通常在无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源的情况下在增强对象的脑性能中或在增强对象的脑性能的方法中、或在预防或治疗对象的病理性应激或其至少一种症状中的用途。

详细描述

人类神经系统据估计由大约800-1200亿个神经细胞组成(Herculano-HouzelS.Frontier in Human Neuroscience(2009)，3(31)：1-11：数字中的人脑：线性放大的灵长类脑(The human brain in numbers:a linearly scaled-up primate brain))。神经元(或神经细胞)的定义性特征是其以动作电位的形式传输电信号的能力。

神经元/神经细胞构成脑的基本节点。神经元/神经细胞的结构由以下组成：“体”或“细胞体”，其含有细胞核并可通过树突伸长；“轴突”，其传递电信号；和轴突末梢，其由突触末梢组成。

神经细胞可以以高度结构化的方式彼此通信，形成神经元网络。神经元经由突触连接进行通信。在神经元内，纳回路构成了用于介导关键神经元性质例如学习和记忆以及神经元节律性的发生的基础生化机制。

只要几个相互连接的神经元就可以形成微回路，并且可以执行复杂的任务，例如介导反射、处理感觉信息、启动运动以及学习和记忆介导。宏回路是由多个嵌入的微回路组成的更复杂的网络。宏回路介导更高级脑功能，例如物体识别和认知。因此，多级网络占据了神经系统。

神经网络兴奋性

神经元以电化学方式发送消息(即化学物质/离子引起电信号)。神经系统中的重要离子是钠和钾，钙和氯。当神经元不发送信号时，它是“静息的”。当神经元处于静息时，神经元内部相对于外部是负的。虽然不同离子的浓度试图在膜的两侧平衡，但它们不能，因为细胞膜仅允许一些离子通过通道(离子通道)。除了这些选择性离子通道外，还有泵，其使用能量针对每放入两个钾离子就将三个钠离子移出神经元。最后，当所有这些力平衡，并测量神经元内部和外部之间的电压差时，神经元的静息膜电位(也称“静息电位”)为约-70mV。这意味着神经元的内部比外部低70mV。静息时，神经元外部的钠离子相对较多，神经元内部的钾离子相对较多。当神经元沿轴突向远离细胞体发送信息时，发生动作电位(也鉴定为“峰电位”或“脉冲”)。这意味着某些事件(刺激)导致静息电位向0mV移动。当去极化达到约-55mV时，神经元发放动作电位。如果去极化没有达到该临界阈值水平，则没有动作电位发放(开/关机制)。此外，当达到阈值水平时，始终发放固定幅度的动作电位。因此，要么是去极化没有达到阈值，要么是产生完整动作电位。

在动作电位的传播速度中发现了很大的变化性。实际上，神经中动作电位的传播速度可以从100米/秒到小于十分之一米/秒不等。然而，时间常数是膜在时间上对刺激做出响应的快速程度的指标，空间常数(也是长度常数)是电位沿轴突扩散的良好程度的指标，其是距离的函数。

大脑皮质的结构

皮质神经元有两大类：“抑制性神经元”或“中间神经元”，它们只产生短程的局部连接；以及“兴奋性神经元”或“投射神经元”或“锥体神经元”，它们将轴突延伸到远处的皮质内、皮质下和大脑下靶标。“抑制性神经元”或“中间神经元”占皮质神经元的少数(20％)；大部分包含在“锥体神经元”中(Shipp S.，Current Biology，2007，17(12)，R443-449：大脑皮质的结构和功能(Structure and function of the cerebral cortex))。投射神经元是谷氨酸能神经元，其在新皮质的不同区域之间传递信息并将信息传递到脑的其他区域(Bikson等人，J Physiol，2004，557(1)，175-190：均匀的细胞外DC电场对体外大鼠海马切片兴奋性的效应(Effects of uniform extracellular DC electric fields onexcitability in rat hippocampal slices in vitro))。投射神经元或锥体神经元以其突出的顶端树突命名，其通常指向表层，为它们提供了金字塔形态。通常，神经元“属于”其细胞体(或“体”)所在的层–即使顶端树突和基部树突之间跨越几个层，它们也收集更广范围的信号(Shipp S.，Current Biology，2007，17(12)，R443-449：大脑皮质的结构和功能(Structure and function of the cerebral cortex))。

大脑皮质的灰质是人体中一个盘旋的分层组织片，厚2-3毫米，但表面积有几百平方厘米(Shipp S.，Current Biology，2007，17(12)，R443-449：大脑皮质的结构和功能(Structure and function of the cerebral cortex))。在大脑皮质中识别出六个主要层：

-层I，分子层，含有很少的分散神经元并主要由锥体神经元的顶端树突簇和水平取向轴突的延伸部以及胶质细胞组成；

-层II，外颗粒层，主要含有小型和中型锥体神经元和众多星状神经元；

-层III，外锥体细胞层，主要含有小型和中型锥体神经元，以及具有垂直取向的皮质内轴突的非锥体神经元；

-层IV，内颗粒层，含有不同类型的星状和锥体神经元；

-层V，内锥体细胞层，含有大的锥体神经元，所述锥体神经元产生离开皮质并向下行到皮质下结构(例如基底神经节)的轴突。在额叶的初级运动皮质中，层V含有其轴突穿过内囊、脑干和脊髓形成皮质脊髓束的细胞，皮质脊髓束是自主运动控制的主要途径；和

-层VI，多态或多形层，含有很少的大锥体神经元和许多小的纺锤状锥体神经元和多形神经元；层VI将传出纤维发送到丘脑，在皮质和丘脑之间建立非常精确的交互互连。

这些层在大脑皮质的各个区域中发育不同，例如锥体细胞层在大脑皮质的运动中枢更发达而颗粒层在感觉中枢更发达。

神经元网络内部和之间的连接性

有三种连接性网络类型用于研究脑内部和全脑间的通信。结构连接性是基于物理连接脑区的纤维径迹的检测。这些是指示信号可在脑中行进的可能途径的解剖网络图。功能连接性鉴定具有相似频率、相位和/或幅度的相关活动的脑区中的活动。有效连接性使用功能连接性信息并更进一步确定一个神经系统对另一个可能具有的直接或间接影响，更具体地说是脑中动态信息流的方向(Bowyer等人，Neuropsychiatric Electrophysiology，2016，2(1)，1-12：相干性——脑网络的量度：过去和现在(Coherence a measure of thebrain networks:past and present))。

神经元网络内的同步活动可以通过脑磁图(MEG)、脑电图(EEG)、功能磁共振成像(FMRI)或正电子发射断层扫描(PET)来检测，然后使用网络连接性分析进行成像。MEG(脑磁图)或EEG(脑电图)是优选的，因为它们具有高时间分辨率来分辨动态的信息流。进行脑的连接性分析以绘制出脑运行所需的通信网络。脑中的特定区域专门用于处理某些类型的信息。成像技术已揭示这些区域与遍及脑中网络的其他专门区域连接和通信。“相干性”(Bowyer等人)是一种数学技术，其对振荡型脑活动的神经元模式的同步性(处于同步或正在同步的状态)的频率和幅度进行量化。检测神经元的同步激活可用于确定人脑中功能连接性的健全或完整性。将功能连接性图叠加到结构连接性图像上以及利用从有效连接性获得的信息流的方向提供了对脑如何运行的全面了解。

完整(即“正常”或“健康”)的脑表达复杂的(即“正常”或“健康”)同步活动模式，与生物体的不同‘状态’相关，从慢δ节律(0.5-4Hz)、到θ(4-8Hz)、α(8-12Hz)、β(15-30Hz)和γ(30-70Hz)振荡。有趣的是，皮质结构的分散培养物提供了一个方便的系统，用于检查密集互连的神经元群体中网络发放(峰电位)和爆发(峰电位簇)的出现、产生和传播的管控规则。网络活动可以使用多电极阵列以非侵入方式并以有限时间分辨率来长时间记录。所述二维分散培养物可以用作一种可行的测试系统，用于研究脑中网络活动的形成和维持的管控规则，允许测试在完整的脑中无法解决的假设(Cohen E.等人，Brain Research，2008，1235，21-30：培养的海马网络中自发活动的决定因素(Determinants of spontaneousactivity in networks of cultured hippocampus))。

人类的心智能力或脑性能例如智力是特别复杂的。在机制方面理解这些能力有促进它们增强的潜力。使用脑电图和事件相关电位的研究表明，神经传递的速度和可靠性与更高的性能、通常与更高的智力相关。使用PET的早期神经影像学研究发现，心智活动期间智力与大脑葡萄糖代谢呈负相关，导致“神经效率”假说的制定。根据该假说，更聪明的个体在给定水平的表现上花费的神经元资源较少。在推理和新问题解决能力意义上的智力始终与侧前额叶皮质的完整性、结构和功能相关联，并且可能与其他区域的完整性、结构和功能相关联。关于智力的神经基础的悬而未决问题尤其包括心理测验的智力(即通过IQ类型测试测量的智力，通常评估响应的准确性(而不是速度))和以下各项之间的关系：(i)据基于脑电图的研究表明的工作记忆网络的组成部分之间的功能连接性，和(ii)神经可塑性(即用于指涉及神经系统对经验做出响应的主要关联变化的那些过程和观察到在人类成熟时停止运行的那些过程)。据报道，神经连接的发展与智力的发展是一致的(Gray J.R.等人，Nature Review Neuroscience，2004，5，471-482：智力的神经生物学：科学与伦理(Neurobiology of intelligence:science and ethics)；Garlick D.，PsychologicalReview，2002，109(1)，116-136：了解智力的一般因素的本质：神经可塑性中个体差异的作用为一种解释机制(Understanding the nature of general factor of intelligence:the role of individual difference in neural plasticity as an explanatorymechanism))。

神经元之间的通信对于更高级脑功能例如感知、记忆和运动确实是必不可少的(Massobrio P等人Neural Plasticity，2015，论文ID196195，使用多电极阵列对无脊椎动物和哺乳动物的神经元网络和突触可塑性的体外研究(In vitro studies of neuronalnetworks and synaptic plasticity in invertebrates and in mammals using multielectrode arrays))。虽然连接的形成和发展被认为在学习过程中至关重要，但它们的保守性似乎对记忆必不可少。突触可塑性长期以来一直与认知过程例如学习和记忆有牵连。网络级别上的突触可塑性提供了分布式机制，以将时间信息转换并存储到突触修改的空间分布模式中。每次学到什么时，网络都会发展出新的连接性，并纳入新学到的事实。

神经元之间的有效连接通常可以使用技术人员公知的成像方法进行检测，所述方法例如是基于电子的成像方法，该方法提供关于突触连接性的结构信息，典型是电子显微术(EM)，例如连续块面电子显微术(serial block-face electron microscopy)(SBFEM)、连续切片扫描电子显微术(SSSEM)、自动透射EM(ATEM)等；基于光子的成像方法，例如，“脑彩虹(Brainbow)”(Lichtman JW等人，Curr Opin Neurobiol，2008，22，144-153：组学亲爱的组学：基因组能告诉我们关于连接组的什么信息？(Ome sweet ome:what can thegenome tell us about the connectome？)；Cai D.等人，Nat Methods，2013，10(6)，540-547：脑彩虹工具箱的改进工具(Improved tools for the Brainbow toolbox))，“阵列断层扫描”(AT)(Micheva KD.等人，2007，Neuron，55，25-36：阵列断层扫描：对神经回路的分子结构和超微结构进行成像的新工具(Array tomography:a new tool for imaging themolecular architecture and ultrastructure of neural circuits)；Micheva KD.等人，2010，Neuron，68，639-653：多种突触群体的单突触分析：蛋白质组学成像方法和标志物(Single-synapse analysis of a diverse synapse population:proteomic imagingmethods and markers))，跨突触伙伴的GFP重建(“GRASP”)，特别是哺乳动物GRASP“mGRASP”(Kim J等人，2012，Nat Methods，9(1)，96-102：mGRASP使得能够用光学显微术对哺乳动物的突触连接性进行映射(mGRASP enables mapping mammalian synapticconnectivity with light microscopy)；Feng L等人，2012，Bioinformatics，28，i25-i31：改进的用于mGRASP辅助的大脑连接性的突触检测(Improved synapse detection formGRASP-assisted brain connectivity))，通过狂犬病病毒的跨突触追踪(Osakada F等人，2011，Neuron，71，617-631：用于在定义的神经回路中监测和操纵活动和基因表达的新狂犬病病毒变种(New rabies virus variants for monitoring and manipulatingactivity and gene expression in defined neural circuits)；Wickersham IR等人，2007，Nat Methods，4(1)，47-49：用缺失突变体狂犬病病毒逆行神经元追踪(Retrogradeneuronal tracing with a deletion-mitant rabies virus)；Wickersham IR等人，2007，Neuron，53(5)，639-647：从单个基因靶向神经元起跨突触追踪的单突触制约(Monosynaptic restriction of transsynaptic tracing from single，geneticallytargeted neurons))，荧光选择性平面照明显微术(fSPIM)(Tomer R等人，2012Natmethods，9，755-763：用同时多视点光片照明显微术对整个发育胚胎进行定量高速成像(Quantitative high-speed imaging of entire developing embryos withsimultaneous Multiview light-sheet microscopy)；York AG等人，2012，Nat Methods，9(7)，749-754：通过多焦点结构的照明显微术使在活的多细胞生物体中分辨率加倍(Resolution doubling in live，multicellular organisms via multifocalstructured illumination microscopy))，优选结合透明化方法(clearing method)，例如“CLARITY”(Chung K等人，2013，Nature，497(7449)，332-337：完整生物系统的结构和分子询问(Structural and molecular interrogation of intact biological systems))；以及光遗传法例如通道-视紫红质和/或双光子显微钙成像法，该方法允许对突触连接的空间分布进行作图以及测量突触强度的(Petreanu L等人，2007，Nat Neurosci，10，663-668：长程胼胝体投影的通道视紫红质-2辅助的回路映射(Channelrhodopsin-2-assistedcircuit mapping of long-range callosal projections)；Wang H等人，2007，Proc NatlAcad Sci USA，104，8143-8148：在通道视紫红质-2转基因小鼠中使用光刺激高速映射突触连接性(High-speed mapping of synaptic connectivity using photostimulation inchannelrhodopsin-2transgenic mice))以及检测被不同输入支配的活跃突触(Little JP等人，2012，J Neurosci：Off J Soc Neurosci，32(37)，12808-12819：内侧前额叶皮质中2层锥体神经元的亚细胞突触连接性(Subcellular synaptic connectivity of layer2pyramidal neurons in the medial prefrontal cortex)；MacAskill AF等人，2012，NatNeurosci，15(12)，1624-1626：亚细胞连接性是伏隔核中途径特异性信号传导的基础(Subcellular connectivity underlies pathway-specific signaling in the nucleusaccumbens))；或这些不同方法的任何组合(Yook C.等人，Cellular and Molecular LifeSciences，2013，70，4747–4757：映射哺乳动物突触连接性(Mapping mammalian synapticconnectivity))。

本文首次有利地描述了纳米粒子或纳米粒子聚集体，其用于增强、增加或改善脑性能/能力或用于预防或治疗病理性应激或其至少一种症状而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源。这种暴露于(治疗性或诊断性)电场或任何其他(治疗性或诊断性)外部激活源例如光源、磁场或超声源在本文中通常被理解为治疗性或诊断性暴露，通常由医务人员、例如由医生或护士进行。

所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料通常选自导体材料、半导体材料、介电常数ε_ijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数ε_ijk等于或低于100的绝缘体材料。

在一个典型的方面，本文所述的纳米粒子或纳米粒子聚集体用于增强对象的身体性能，或增强对象的认知性能，即学习、记忆、感知、注意力和/或做决定，而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源。

纳米粒子

本文描述了一种纳米粒子或纳米粒子聚集体，其根据本发明用于增强对象的脑性能或用于治疗对象的病理性应激或其至少一种症状而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源，其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料通常选自导体材料、半导体材料、介电常数ε_ijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数ε_ijk等于或低于100的绝缘体材料。

纳米粒子或纳米粒子聚集体的尺寸或大小

在本发明的精神中，术语“纳米粒子”或“纳米粒子聚集体”是指尺寸在纳米范围内的产品，特别是合成产品，所述尺寸通常在1nm和1000nm之间，或在1nm和500nm之间，例如在至少10nm和约500nm或约1000nm之间、在至少30nm和约500nm或约1000nm之间、在至少40nm和约500nm或约1000nm之间、在至少45nm和约500nm或约1000nm之间，优选低于500nm。

术语“纳米粒子的聚集体”或“纳米粒子聚集体”是指纳米粒子强有力地、通常共价地彼此结合的组装体。

电子显微术例如扫描电子显微术(SEM)、透射电子显微术(TEM)或冷冻TEM可用于测量纳米粒子或纳米粒子聚集体的尺寸，更特别是纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸，即没有生物相容性包覆层的纳米粒子或纳米粒子聚集体的尺寸。事实上，所述生物相容性包覆层一般由主要由轻元素组成的化合物(聚合或有机化合物)制成，所述化合物与高能电子的弹性相互作用相对较弱，导致图像对比度差。TEM测量沉积在电子透明的基体上的粒子的投影图像。每个样品中记录的多于50个、优选多于约100、150或200个纳米粒子或纳米粒子聚集体通常应进行尺寸评估测量。因此，记录多于约50个、或优选多于约100、150或200个纳米粒子或纳米粒子聚集体允许确定该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸，以及代表纳米粒子或纳米粒子聚集体的群体中30％-70％百分位的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸。典型的测定方案可见于“NIST–NCL联合测定方案，PCC-7；使用透射电子显微术(TEM)测量尺寸；2009年12月1.1版(NIST–NCL Joint Assay Protocol，PCC-7；Measuring the size of using transmission electron microscopy(TEM)；version 1.1 December 2009)”。

同样，动态光散射(DLS)也可用于测量溶液中纳米粒子或纳米粒子聚集体的流体动力学直径(即纳米粒子或纳米粒子聚集体包括其核及其生物相容性包覆层两者在内的直径)。流体动力学直径是以与分析物相同的速率扩散的等效硬球的直径。典型的测定方案可见于“NIST–NCL联合测定方案，PCC-1；使用批处理模式动态光散射测量水性介质中纳米粒子的尺寸；2010年2月1.1版(NIST–NCL Joint Assay Protocol，PCC-1；Measuring thesize of nanoparticles in aqueous media using batch-mode dynamic lightscattering；version 1.1 February2010)”。由DLS测量获得的粒度结果可能与由其他技术(例如电子显微术)获得的粒度结果不一致。这部分是由于实际测量的物理性质(例如，流体动力学扩散与投影面积)的差异。此外，DLS对少量大粒子或小粒子簇的存在敏感，而电子显微术通常反映初级粒子的尺寸(即纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸)(参见NIST–NCL联合测定方案，PCC-1；使用批处理模式动态光散射测量水性介质中纳米粒子的尺寸；2010年2月1.1版(NIST–NCL Joint Assay Protocol，PCC-1；Measuring the size ofnanoparticles in aqueous media using batch-mode dynamic light scattering；version 1.1 February 2010))。

DLS和电子显微术这两种方法还可以一个接一个地使用，以比较尺寸量度并确认所述尺寸。测量纳米粒子和纳米粒子聚集体尺寸的优选方法是DLS(参考国际标准ISO22412粒度分析-动态光散射，国际标准化组织(ISO)2008(International Standard ISO22412Particle Size Analysis-Dynamic Light Scattering，International Organisationfor Standardisation(ISO)2008))。在溶液中通过DLS测量的纳米粒子或纳米粒子聚集体的平均流体动力学直径按根据强度的尺寸分布(光散射强度与粒度成正比)给出，并在室温(约25℃)下测量。

通常，最大尺寸或大小是圆形或球形形状的纳米粒子的直径，或卵圆形或椭圆形形状的纳米粒子的最长长度。

如本文定义的纳米粒子或聚集体的最大尺寸通常在约2nm和约250nm或约500nm之间，优选在约4nm或10nm和约100nm或约200nm之间，更加优选在约(优选至少)10nm和约150nm之间、在约(优选至少)30nm和约150nm之间、在约(优选至少)40nm和约500nm之间、在约(优选至少)45nm和约500nm之间，优选低于500nm。

当测量纳米粒子或纳米粒子聚集体在溶液中的平均流体动力学直径时，通常使用DLS技术。使用DLS，所述纳米粒子或纳米粒子聚集体在溶液中的平均流体动力学直径通常在约10nm和约500nm之间，优选在约10nm或约30nm和约100nm或约500nm之间，更加优选在约10nm或约30nm和约100nm、约150nm、约200nm、约250nm、约300nm、约350nm、约400nm、约450nm或约500nm之间。

当测量纳米粒子或纳米粒子聚集体的核时，通常使用电子显微术技术。使用电子显微术，该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸(在本文中也称为“中值最大大小”)通常在约5nm和约250nm或约500nm之间，优选在约5nm、约6nm、约7nm、约8nm、约9nm、约10nm、约11nm、约12nm、约13nm、约14nm、约15nm、约16nm、约17nm、约18nm、约19nm、约20nm、约21nm、约22nm、约23nm、约24nm、约25nm、约26nm、约27nm、约28nm、约29nm、约30nm、约31nm、约32nm、约33nm、约34nm、约35nm、约36nm、约37nm、约38nm、约39nm、约40nm、约41nm、约42nm、约43nm、约44nm或约45nm和约75nm、约76nm、约77nm、约78nm、约79nm、约80nm、约81nm、约82nm、约83nm、约84nm、约85nm、约86nm、约87nm、约88nm、约89nm、约90nm、约91nm、约92nm、约93nm、约94nm、约95nm、约96nm、约97nm、约98nm、约99nm、约100nm、约101nm、约102nm、约103nm、约104nm、约105nm、约106nm、约107nm、约108nm、约109nm、约110nm、约111nm、约112nm、约113nm、约114nm、约115nm、约116nm、约117nm、约118nm、约119nm、约120nm、约121nm、约122nm、约123nm、约124nm、约125nm、约130nm、约140nm、约150nm、约200nm、约250nm、约300nm、约350nm、约400nm、约450nm或约500nm之间。

通常，当用电子显微术工具测量纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸时，代表所述纳米粒子和纳米粒子聚集体群体的30％-70％百分位的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸介于约5nm、约6nm、约7nm、约8nm、约9nm、约10nm、约11nm、约12nm、约13nm、约14nm、约15nm、约16nm、约17nm、约18nm、约19nm、约20nm、约21nm、约22nm、约23nm、约24nm、约25nm、约26nm、约27nm、约28nm、约29nm、约30nm、约31nm、约32nm、约33nm、约34nm、约35nm、约36nm、约37nm、约38nm、约39nm、约40nm、约41nm、约42nm、约43nm、约44nm或约45nm和约75nm、约76nm、约77nm、约78nm、约79nm、约80nm、约81nm、约82nm、约83nm、约84nm、约85nm、约86nm、约87nm、约88nm、约89nm、约90nm、约91nm、约92nm、约93nm、约94nm、约95nm、约96nm、约97nm、约98nm、约99nm、约100nm、约101nm、约102nm、约103nm、约104nm、约105nm、约106nm、约107nm、约108nm、约109nm、约110nm、约111nm、约112nm、约113nm、约114nm、约115nm、约116nm、约117nm、约118nm、约119nm、约120nm、约121nm、约122nm、约123nm、约124nm、约125nm、约130nm、约140nm、约150nm、约200nm、约250nm、约300nm、约350nm、约400nm、约450nm、约500nm或约520nm之间。

纳米粒子的组成

由导体材料制备的纳米粒子

由导体材料制备的纳米粒子是有机纳米粒子或无机纳米粒子。

由导体材料制备的无机纳米粒子通常用金属元素制备，当通常在25℃和1atm的压力下相对于标准氢电极测量时，所述金属元素的标准还原电位E°值等于或高于约0.01(参见表2“E°值比标准氢电极更正的还原反应(reduction reactions having E°values morepositive than that of the standard hydrogen electrode)”，8-25，《化学和物理手册》(Handbook of chemistry and physics)；David R.Lide；第88版)，更优选等于或高于约0.1、0.2、0.3、0.4或0.5。用于制备纳米粒子的典型金属元素可选自Tl、Po、Ag、Pd、Ir、Pt、Au，及其混合物。优选地，可用作制备所述纳米粒子的导体材料的金属元素选自Ir、Pd、Pt、Au，及其混合物，更加优选选自Au、Pt、Pd，及其混合物。特别优选的材料是Au和Pt。

通常，金纳米粒子当其尺寸减小到几纳米时显示出催化活性(参见M.Auffan等人，Nature Nanotechnology 2009，4(10)，634-641：从环境、健康和安全的角度对无机纳米粒子的定义(Towards a definition of inorganic nanoparticles from anenvironmental,health and safety perspective))。为了降低表面积/体积比并由此使无机纳米粒子表面对催化活性的贡献最小化，优选该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸为至少30nm，通常为至少40nm或至少45nm。

由导体材料制备的有机纳米粒子通常用在其结构中具有邻接的sp2杂化碳中心(即碳双键或在芳族环内或芳族环外包含杂原子、通常为N或S的芳族环)的有机材料制备。优选的有机材料选自聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔、聚噻吩、聚咔唑、聚芘、聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)和/或聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸酯。

在一个特定方面，当材料是如上文所述的导体材料，特别是金属材料，通常是标准还原电位E°高于0.2的金属，或有机材料，通常是在其结构中具有邻接的sp2杂化碳中心的有机材料，优选如上文所述的金属材料，特别是Au、Pt、Pd及其任何混合物中的任一者时，该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中位最大尺寸是如上文所述的至少30nm或至少40nm并优选低于500nm，例如45nm。

由半导体材料制备的纳米粒子

由半导体材料制备的纳米粒子通常是无机纳米粒子。

无机纳米粒子通常用在其价带和导带之间表现出相对小的能带隙(Eg)的半导体材料制备。通常，当通常在室温(约25℃)下测量时，所述半导体材料具有低于3.0eV的带隙Eg(参见例如表12-77，表3；《化学和物理手册》(Handbook of chemistry and physics)；David R.Lide；第88版))。在一个特定方面，所述材料是如下文进一步描述的本征半导体材料或非本征半导体材料。

本征半导体材料通常由门捷列夫(Mendeleev)周期表的IV A族元素例如硅(Si)或锗(Ge)组成，是门捷列夫周期表的III和V族元素的混合组合物例如AlSb、AlN、GaP、GaN、InP、InN等，或者是门捷列夫周期表的II和VI族元素的混合组合物例如ZnSe、ZnTe、CdTe等。

非本征半导体材料通常包含以高化学纯度制备的本征半导体或由所述本征半导体组成，其中所述本征半导体材料包含掺杂剂。在一个特定方面，当所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的非本征半导体材料由门捷列夫周期表的IVA族元素组成时，其掺杂有选自Al、B、Ga、In和P的电荷载体。这样的非本征半导体材料可以是其中负电荷载体占优势的n型，或者是其中正电荷载体占优势的p型。典型的非本征p型半导体材料由掺杂有选自铝(Al)、硼(B)、镓(Ga)和铟(In)的带电荷载体的硅(Si)或锗(Ge)组成；典型的非本征p型半导体材料由通常掺杂有磷(P)的硅(Si)或锗(Ge)组成。

通常，当纳米粒子的尺寸减小到低于10nm时，半导体纳米粒子的带隙能量显示出增加(参见M.Auffan等人，Nature Nanotechnology 2009，4(10)，634-641：从环境、健康和安全的角度对无机纳米粒子的定义(Towards a definition of inorganicnanoparticles from an environmental,health and safety perspective))。为了确保纳米粒子或纳米粒子聚集体的低表面积/体积比并维持其本体带隙(bulk band gap)低于3.0eV，优选该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸为至少30nm，优选至少40nm。

因此，在一个特定方面，当材料是如上文所述的半导体材料，特别是带隙Eg低于3.0eV的半导体材料，通常是由门捷列夫周期表的IVA族元素、特别是掺杂有选自Al、B、Ga、In和P的电荷载体的门捷列夫周期表IVA族元素组成的材料、或由门捷列夫周期表的III和V族元素的混合组合物组成的材料、或由门捷列夫周期表的II和VI族元素的混合组合物组成的材料时，该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中位最大尺寸为至少30nm或至少40nm并优选低于500nm。

由具有高相对介电常数(相对电容率)、即等于或高于200的绝缘体材料制备的纳米粒子

由具有高相对介电常数ε_ijk(也称为相对电容率)的绝缘体材料制备或由所述绝缘体材料组成的纳米粒子通常用带隙Eg等于或高于3.0eV和相对介电常数ε_ijk等于或高于200的材料制备，所述带隙Eg通常在室温(约25℃)下测量，而所述相对介电常数ε_ijk通常在20℃和30℃之间以及在10²Hz直至红外频率之间测量(参见例如表12-45“无机固体的电容率(介电常数)(Permittivity(dielectric constant)of inorganic solid)”；《化学和物理手册》(Handbook of chemistry and physics)；David R.Lide；第88版；无机固体静电介电常数汇编(Compilation of the static dielectric constant of inorganic solid).K.F.Young和H.P.R.Frederikse.J.Phys.Chem.Ref.Data，第2卷，第2期，1973)。

这样的纳米粒子通常用介电材料制备，所述介电材料是优选选自BaTiO₃、PbTiO₃、KTaNbO₃、KTaO₃、SrTiO₃、BaSrTiO₃等的混合金属氧化物。

通常，钙钛矿基结构PbTiO₃纳米粒子在纳米粒子尺寸小于20nm–30nm时显示出其顺电-铁电转变温度的变化(参见M.Auffan等人，Nature Nanotechnology 2009，4(10)，634-641：从环境、健康和安全的角度对无机纳米粒子的定义(Towards a definition ofinorganic nanoparticles from an environmental,health and safetyperspective))。为了确保纳米粒子或纳米粒子聚集体的低表面积/体积比并维持其介电性质，优选该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸为至少30nm，通常至少40nm。

因此，在一个特定方面，当材料是如上文所述的具有等于或高于200的相对高介电常数ε_ijk的绝缘体材料，特别是带隙Eg等于或高于3.0eV的绝缘体材料，优选是选自BaTiO₃、KTaNbO₃、KTaO₃、SrTiO₃和BaSrTiO₃的混合金属氧化物时，该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中位最大尺寸为至少30nm或至少40nm并优选低于500nm。

由具有低相对介电常数(相对电容率)、即等于或低于100的绝缘体材料制备的纳米粒子

由具有低相对介电常数的绝缘体材料制备或由所述绝缘体材料组成的纳米粒子通常用带隙Eg等于或高于3.0eV和相对介电常数ε_ijk等于或低于100、优选低于50或低于20的材料制备，所述带隙Eg通常在室温(约25℃)下测量，而所述相对介电常数ε_ijk通常在20℃和30℃之间以及10²Hz直至红外频率之间测量(参见例如表12-45“无机固体的电容率(介电常数)(Permittivity(dielectric constant)of inorganic solid)”；《化学和物理手册》(Handbook of chemistry and physics)；David R.Lide；第88版；无机固体静电介电常数汇编(Compilation of the static dielectric constant of inorganic solid).K.F.Young和H.P.R.Frederikse.J.Phys.Chem.Ref.Data，第2卷，第2期，1973)。

这样的纳米粒子通常用介电材料制备，所述介电材料选自金属氧化物，混合金属氧化物，其金属元素来自门捷列夫周期表的第3、5或6周期或者是镧系元素，以及碳材料。所述介电材料优选选自Al₂O₃、LaAlO₃、La₂O₃、SiO₂、SnO₂、Ta₂O₅、ReO₂、ZrO₂、HfO₂、Y₂O₃和碳金刚石。更优选地，所述介电材料是选自ReO₂、ZrO₂、HfO₂及其任何混合物的金属氧化物。特别优选的是选自ZrO₂和HfO₂的介电材料。在一个特定且优选的方面，所述介电材料或金属氧化物不是CeO₂(氧化铈)、Fe₃O₄(氧化铁)、SiO₂(二氧化硅)或其任何混合物。

锆(Zr)和铪(Hf)都是4⁺氧化态的元素，且Zr⁴⁺和Hf⁴⁺元素的大小和化学性质几乎相同；这就是为什么在建立这两种离子的水相化学时将它们一起考虑的原因(参见第8章，第8.2节Zr4+和Hf4+(Zr4+and Hf4+)，第147页“阳离子的水解(The hydrolysis ofcations)”，Baes C.F.&Mesmer R.E.；John Wiley and Sons，Inc.1986年重印版)。

在一个特定方面，如上文所述，当材料选自ReO₂、ZrO₂、HfO₂，优选选自ZrO₂和HfO₂，及其任何混合物时，该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中位最大尺寸为至少10nm并优选低于500nm。

纳米粒子或纳米粒子聚集体的形状

由于所述粒子或聚集体的形状可以影响其“生物相容性”，因此优选形状非常均匀的粒子或聚集体。出于药代动力学原因，因此优选形状基本上为球形、圆形或卵圆形的纳米粒子或聚集体。这样的形状也有利于所述纳米粒子或聚集体与细胞的相互作用或被细胞摄取。球形或圆形形状是特别优选的。

所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的形状通常使用电子显微术例如透射电子显微术(TEM)来评价。

纳米粒子或纳米粒子聚集体的生物相容性包覆层

在一个优选实施方式中，在本发明的情形中用于制备目标组合物的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核可以用选自表现出隐形性质的试剂的生物相容性材料包覆。表现出隐形性质的试剂可以是展现空间基团的试剂。这样的基团可以选自例如聚丙烯酸酯；聚丙烯酰胺(聚(N-异丙基丙烯酰胺))；聚酰胺(polycarbamide)；生物聚合物；多糖例如葡聚糖或木聚糖；和胶原。在另一个优选实施方式中，所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的核可以用选自允许与生物靶标相互作用的试剂的生物相容性材料包覆。这样的试剂通常可以在所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的表面上带上正或负电荷。在所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的表面上形成正电荷的试剂可以是例如氨丙基三乙氧基硅烷或聚赖氨酸。在所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的表面上形成负电荷的试剂可以是例如磷酸(盐/酯)(例如多磷酸(盐/酯)、偏磷酸(盐/酯)、焦磷酸(盐/酯)等)、羧酸(盐/酯)(例如柠檬酸(盐/酯)或二羧酸，特别是琥珀酸)或硫酸(盐/酯)。

在一个优选实施方式中，用于本发明的情形中的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核呈现亲水性中性表面电荷或包覆有生物相容性材料(即包覆剂)，所述材料选自向纳米粒子赋予中性表面电荷的亲水剂。实际上，当将本发明的纳米粒子施用于对象时，呈现亲水性中性表面电荷的纳米粒子或包覆有选自向纳米粒子赋予中性表面电荷的亲水剂的生物相容剂的纳米粒子的核特别有利于优化本文所述纳米粒子的用途。

向纳米粒子或纳米粒子聚集体的核赋予中性表面电荷的亲水剂可以是展现选自醇(R-OH)、醛(R-COH)、酮(R-CO-R)、酯(R-COOR)、酸(R-COOH)、硫醇(R-SH)、糖(例如葡萄糖、果糖、核糖)、酸酐(RCOOOC-R)和吡咯的官能团的试剂。所述向纳米粒子或纳米粒子聚集体的核赋予中性表面电荷的亲水剂可以是单体、二聚体、低聚物、聚合物或共聚物。当所述试剂是低聚物时，它可以是寡糖，例如环糊精。当所述试剂是聚合物时，它可以是聚酯(例如聚(乳酸)或聚羟基链烷酸)、聚醚、聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚己内酯、聚乙烯吡咯烷酮、多糖例如纤维素、聚吡咯等。

另外，向纳米粒子或纳米粒子聚集体的核赋予中性表面电荷的亲水剂可以是展现能够与所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的表面相互作用的特定基团(R-)的试剂。R通常选自硫醇、硅烷、羧基和磷酸基团。

当所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的核是导体或半导体和金属纳米粒子时，R优选是硫醇、硫醚、硫酯、二硫戊环或羧基。优选地，所述亲水性中性包覆剂选自硫代葡萄糖、2-巯基乙醇、1-硫代甘油、硫代二甘醇和羟基丁酸。

当所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的核是绝缘体、和氧化物或混合氧化物纳米粒子时，R优选是硅烷或磷酸基团。优选地，所述亲水性中性包覆剂是羟甲基三乙氧基硅烷、6-磷酸果糖或6-磷酸葡萄糖化合物。

向纳米粒子或纳米粒子聚集体的核赋予中性表面电荷的亲水剂可以是两性离子化合物，例如氨基酸、肽、多肽、维生素或磷脂。

如本领域技术人员所公知的，纳米粒子或纳米粒子聚集体的表面电荷通常通过ζ电位测量，通常在纳米粒子或纳米粒子聚集体材料的浓度在0.01和10g/L之间、pH在6和8之间、并且电解质(在水中)的浓度通常在0.001和0.2M之间例如0.01M或0.15M的水(溶液)中确定。在上文限定的条件下，所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的表面电荷通常介于-10mV和+10mV之间(对应于中性表面电荷)、-20mV和+20mV之间、或-35mV和+35mV之间。当中性时，所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的表面电荷通常介于-10mV、-9mV、-8mV、-7mV、-6mV、-5mV、-4mV、-3mV、-2mV或-1mV和1mV、2mV、3mV、4mV、5mV、6mV、7mV、8mV、9mV或10mV之间。当负性时，所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的表面电荷通常低于-11mV、-12mV、-13mV、-14mV-15mV、-16mV、-17mV、-18mV、-19mV、-20mV、-21mV、-22mV、-23mV、-24mV、-25mV、-26mV、-27mV、-28mV、-29mV、-30mV、-31mV、-32mV、-33mV、-34mV或-35mV。

所述纳米粒子或聚集体的生物相容性全包覆层在本发明的情形中可能是有利的，以便当所述纳米粒子呈现亲水性中性表面电荷时避免所述纳米粒子表面上的任何电荷。“全包覆层”意味着存在密度/紧密度非常高的生物相容性分子，其能够在所述粒子的表面上产生至少完整的单层。

所述生物相容性包覆层特别允许所述纳米粒子在流体中的稳定性，所述流体例如生理流体(血液、血浆、血清等)或药物施用所需的任何等渗介质或生理介质。

稳定性可以通过使用干燥烘箱进行干提取物定量来确认并在过滤之前和之后的纳米粒子悬液上进行测量，所述过滤通常在0.45μm过滤器上进行。

有利地，所述包覆层保持所述粒子的体内完整性，确保或改善其生物相容性，并促进其任选的官能化(例如用间隔分子、生物相容性聚合物、靶向剂、蛋白质等)。

本发明的生物相容性纳米粒子或纳米粒子聚集体应当既不在体内施用后(即在生理pH下)溶解和释放有毒物质，也不表现出氧化还原行为，通常对于被认为生物相容的所述纳米粒子或纳米粒子聚集体而言，即在对象、特别是哺乳动物、优选人类中使用是安全的。

本文描述的另一特定目的涉及组合物，特别是药物组合物，其包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体，例如上文所定义的，优选与可药用的载体或介质一起。

特别地，本文描述了一种组合物，所述组合物如本文所述用于增强对象的脑性能或用于预防或治疗对象的病理性应激或其至少一种症状而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源，其中所述组合物包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体和可药用的载体，或由纳米粒子和/或纳米粒子聚集体和可药用的载体组成，并且其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料通常选自如上文所描述和解释的导体材料、半导体材料、介电常数ε_ijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数ε_ijk等于或低于100的绝缘体材料。

在一个优选的方面，所述组合物包含至少两种不同的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体，或由至少两种不同的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体组成，每种纳米粒子或纳米粒子聚集体由不同材料组成，所述材料通常选自导体材料、半导体材料、介电常数ε_ijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数ε_ijk等于或低于100的绝缘体材料。

在本发明的一个典型方面，本文所述的纳米粒子或纳米粒子聚集体不用作(活性)治疗化合物或药物的载体。

所述组合物可以是固体、液体(悬浮粒子)、气溶胶、凝胶、糊剂等的形式。优选的组合物是液体或凝胶形式。特别优选的组合物是液体形式。

所采用的可药用的承载体或载体可以是对技术人员而言任何经典的载体，例如盐水、等渗、无菌、缓冲溶液、非水性介质溶液等。

所述组合物还可包含稳定剂、甜味剂、表面活性剂、聚合物等。

它可以通过使用技术人员已知的药物制剂技术，配制为例如安瓿、气溶胶、瓶子、片剂、胶囊。

本发明的纳米粒子或纳米粒子聚集体可以使用不同的可能途径施用于对象，所述途径例如颅内、静脉内(IV)、气道(吸入)、鞘内、眼内或口腔途径(经口)、脑室内(ICV)，优选使用颅内或鞘内。适当时，可以进行纳米粒子或纳米粒子聚集体的重复注射或施用。优选地，所述纳米粒子或纳米粒子聚集体被施用一次。

所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体一旦施用，通常与神经元对象相互作用。在一个优选的方面，这种相互作用是长时间的相互作用，即几小时、几天、几周或几个月的相互作用。在一个特定方面，所述纳米粒子或纳米粒子聚集体留在对象中。

本文所述的纳米粒子、纳米粒子聚集体和包含这样的纳米粒子或纳米粒子聚集体的组合物用于对象，通常用于动物，优选哺乳动物，更加优选用于人类，它的年龄或性别不论。

在对象的大脑皮质、海马或杏仁核中施用的纳米粒子或纳米粒子聚集体的典型量是在10⁵和10¹⁷之间、在10⁵和10¹⁶之间或在10⁵和10¹⁵之间，优选在10⁷和10¹⁴之间，更优选在10⁹和10¹²之间。并且，在对象的大脑皮质、海马或杏仁核中施用的纳米粒子或纳米粒子聚集体的典型量是在10²和10¹²纳米粒子或纳米粒子聚集体/cm³之间。

在对象的深脑中施用的纳米粒子或纳米粒子聚集体的典型量是在10⁴和10¹⁷之间、在10⁴和10¹⁶之间、在10⁴和10¹⁵之间或在10⁴和10¹⁴之间，优选在10⁶和10¹²之间，更优选在10⁸和10¹¹之间。并且，在对象的深脑中施用的纳米粒子或纳米粒子聚集体的典型量是在10¹和10¹¹纳米粒子或纳米粒子聚集体/cm³之间。

本文还描述了一种增强对象的脑性能的方法、以及一种治疗对象的病理性应激或其至少一种症状的方法，其中每种方法包括向所述对象施用任何一种本文所述的纳米粒子或纳米粒子聚集体的步骤。这种方法通常不包括将所述对象、更确切地说将已经施用于所述对象的纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场的任何步骤，并且优选也不包括将所述对象、更确切地说将已经施用于所述对象的纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源的任何步骤。

本文所述的另一个目的涉及包含至少两种不同的如本文所述的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的试剂盒，每种纳米粒子或纳米粒子聚集体由通常选自如本文所述的导体材料、半导体材料、介电常数ε_ijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数ε_ijk等于或低于100的绝缘体材料的不同材料组成。

在一个特定实施方式中，所述试剂盒在不同的容器中包含如本文所述的不同纳米粒子和/或纳米粒子聚集体(它们被定为在原位、即在靶位点上、或在体外或离体接触，通常是混合，然后将所述混合物沉积在靶位点上)。

本文还描述了这样的试剂盒在无需将施用于所述对象的纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源的情况下在如本文所述的增强对象的脑性能/能力、通常是增强突触可塑性、突触连接性和/或神经元网络的记忆能力的方法中、或在预防或治疗有此需要的对象的病理性应激或其至少一种症状的方法中的用途。本文还描述了如本文所述的试剂盒用于预防或治疗对象的病理性应激或其至少一种症状而无需将施用于所述对象的纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源。

在一个特定的方面，本文所述的纳米粒子或纳米粒子聚集体用于对象的增强身体性能或增强学习、记忆、感知、注意力和/或做决定，或用于有此类治疗需要的对象的增强身体性能或增强学习、记忆、感知、注意力和/或做决定的治疗方法中，而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源。

在啮齿动物中，通常在小鼠中，可以从包括不同任务的成套测试中获得心理测验智能的可靠证据。这些测试通常包括学习任务，例如气味辨别或空间导航。学习测试与对动物施加的感觉、运动或动机要求相关。例如，为了评估小鼠的推理，可以使用基于“快速映射”概念的测试(Carey S等人，斯坦福儿童语言会议记录(Proceedings of the StandfordChild Language Conference).，1978，15，17-29：获取单个新单词(Acquiring a singlenew word))，为了评估小鼠的注意力任务，可以使用“小鼠Stroop测试”，以及为了评估小鼠的工作记忆或工作记忆能力的功效，可以使用“径向臂迷宫”试验(Matzel L.D等人CurrentDirections in Psychological Science，2013，22(5)，342-348：智力的架构：来自人类和动物研究的汇总证据(The architecture of intelligence.Converging evidence fromstudies of humans and animals))。

IQ测试可用于评估人类的记忆能力。IQ测试例如Raven's Matrix或Wechsler成人智力量表(Wechsler Adult Intelligence scale)是技术人员公知的，并且通常用于评估人类的工作记忆能力。Stroop色词干扰测试(Stroop Color-Word Interference Test)(Stroop JR，Journal of Experimental Psychology，1935，18，643-652：干扰连贯言语反应的研究(Studies of interference in serial verbal reactions))也可以在人类中用于预测一般智力(Huang L等人，Journal of Experimental Psychology:HumanPerception and Performance，2012，38，414-428：测量多种视觉注意力范例之间的相互关系：个体差异方法(Measuring the interrelations among multiple paradigms ofvisual attention:an individual differences approach))。

在另一个特定方面，本文所述的纳米粒子或纳米粒子聚集体用于增强有此类治疗需要的对象的脑中的神经/神经元连接、功能连接性和/或突触可塑性，而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源。

在一个典型的方面，本文所述的纳米粒子或纳米粒子聚集体用于预防或治疗患有脑功能活动改变的对象，而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源。

在另一个特定方面，本文所述的纳米粒子或纳米粒子聚集体用于预防或治疗患有病理性应激或其至少一种症状、特别是患有慢性应激的对象，而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源。所有活的生物体都在努力趋向动态平衡，其被称作稳态。这种平衡受到某些身体和心理事件的威胁。进入的感觉信息和评定过程之间的交接面由边缘脑结构形成，该结构包括海马、杏仁核和前额叶皮质。各种情况都可能引发应激，例如新奇性、不确定性、挫折、冲突、恐惧、痛苦等。持续暴露于涉及刺激物例如噪音、污染和人际冲突的不利环境也可引起应激。

由这样的累积和/或重复的情况产生的病理性应激改变脑细胞的结构(形态)和/或连接、和/或脑细胞的功能性质。因此，病理性应激严重影响健康并限制人类生活质量。

无法控制的应激可具有严重的不良后果，并引发症状，包括学***下，某些神经化学系统(例如，儿茶酚胺、糖皮质激素)可能影响学***增加(持续时间和/或强度)，在海马中观察到若干暂时性和永久性的变化，包括突触可塑性更改、细胞形态变化、成人神经发生的抑制、和/或神经元破坏或萎缩(这些变化在本文中被描述为病理性应激的症状)。脑中这些应激相关的变化影响学习和记忆过程。实际上，海马、杏仁核和前额叶皮质经历应激诱导的结构重塑，这改变了行为反应和生理反应。慢性应激引发海马和前额叶皮质中，以及参与记忆、选择性注意力和执行功能的脑区中神经元的萎缩，并导致杏仁核中神经元的肥大，杏仁核是参与恐惧以及攻击性的脑区。慢性应激可危害，通常是降低学习、记忆和做决定的能力，并且可伴有攻击性增加。

来自体外和体内电生理学研究的广泛观察结果一致表明，应激和应激激素损害长时程增强作用(Long Term Potentiation)(LTP)(即，在自然或人工刺激突触后，持久促进该突触处的神经传递，这被认为是脑中可塑性的一种细胞机制并尤其涉及学习和记忆)。

有许多药剂，例如***、抗焦虑药和β阻滞剂，对抗与病理性过度应激相关的一些问题。同样，减少氧化应激或炎症、阻断胆固醇合成或吸收以及治疗胰岛素抵抗或慢性疼痛的药物可帮助应对“病理性过度应激”的代谢和神经病学后果。所有这些药物在某种程度上都是有价值的，但遗憾的是每种药物都有其副作用和局限性(Kim J.J.等人NatureReviews Neuroscience，2002，3，453-462：应激下的海马、突触可塑性和记忆丧失(Thestressed hippocampus,synaptic plasticity and lost memories)；McEwenB.X.Physiological Review，2007，87，873-904：应激和适应的生理学和神经生物学：脑的中枢作用(Physiology and neurobiology of stress and adaptation:central role ofthe brain))。本文描述的纳米粒子现在可以有利地用于治疗患有这样的病理性应激、特别是患有慢性应激的对象，通常是脑中已经检测到如上文所述的应激相关变化的对象。

术语“治疗”是指能够预防、减轻或治愈如上文所述的病理性应激或其症状、特别是慢性应激的治疗性治疗或措施。这样的治疗旨在用于哺乳动物对象，优选有此需要的人类对象。对此考虑的是已经鉴定(诊断)为患有如本文所述的病理性应激的对象，或被认为有这样的病理性应激“发生风险”的对象，对于后者所述治疗是防止性或预防性治疗。患有病理性应激的特定对象是已经开出选自***、抗焦虑药和β阻滞剂的药物的处方的对象。

病理性应激不同于氧化应激。根据M.Auffan等人(参见M.Auffan等人，Environmental Pollution 157(2009)1127-1133：金属纳米粒子的化学稳定性：体外控制其潜在细胞毒性的参数(Chemical Stability of metallic nanoparticles:a parametercontrolling their potential cellular toxicity in vitro))，氧化应激是氧化还原失衡的一种状态，其中(由细胞或纳米粒子本身)产生的ROS(活性氧)压倒了细胞的抗氧化防御能力，从而引起不良的生物学后果：大分子、脂质、DNA或蛋白质损伤导致过度的细胞增殖、凋亡、脂质过氧化或诱变。在细胞中，ROS产生可以例如通过荧光染料例如二乙酸二氯荧光素来追踪。

以下实施例及其相应的附图说明本发明而不限制其范围。

附图说明

图1.两个简化爆发的方案概况了可以从电活动记录中提取的一些参数。指示了描述一般活动(峰电位(spike)，爆发(burst)，爆发间隔(IBI)和爆发期)和爆发结构(爆发持续时间，爆发平台，爆发幅度，爆发峰电位间隔(ISI)和爆发面积)的参数。这些参数的标准偏差(SD)分别是一般活动和爆发结构的规律性的度量。时间变化系数(CV_时间)反映了每个单元的活动模式的时间规律性。CV_时间由参数的标准偏差和平均值之比计算。网络之间的变异系数(CV_网络)反映了网络内神经元之间的同步化。CV_网络通过网络上参数的标准偏差与平均值之比计算。大的CV_网络值暗示跨网络的活动变异范围广，意味着同步化较低以及突触可塑性和突触连接性较高。

图2.当与“对照”组中使用的水相比时，在“纳米粒子”组中观察到的来自实施例1的纳米粒子对额叶皮质网络活动的功能效应。结果表明在纳米粒子的存在下，细胞水平下的突触可塑性和突触连接性更高。

图3.当与“对照”组中使用的水相比时，在“纳米粒子”组中观察到的来自实施例2的纳米粒子对额叶皮质网络活动的功能效应。结果表明在纳米粒子的存在下，细胞水平下的突触可塑性和突触连接性更高。

图4.当与“对照”组中使用的水相比时，在“纳米粒子”组中观察到的来自实施例3的纳米粒子对额叶皮质网络活动的功能效应。结果表明在纳米粒子的存在下，细胞水平下的突触可塑性和突触连接性更高。

图5.当与“对照”组中使用的水相比时，在“纳米粒子”组中观察到的来自实施例5的纳米粒子对额叶皮质网络活动的功能效应。结果表明在纳米粒子的存在下，细胞水平下的突触可塑性和突触连接性更高。

实施例

神经元的体外研究

在神经元水平下，膜片钳技术对于检测动作电位非常有用，因为它允许同时直接测量和控制神经元的膜电位。

该技术用于评估纳米粒子对单个神经元的效应。

神经元网络的体外研究

与多电极阵列(MEA)耦合的分散神经元培养物被广泛用于更好地了解脑网络的复杂性。另外，使用分散神经元组装体允许操纵和控制网络的连接性(Poli D.等人，Frontiers in Neural Circuits，2015，9(论文57)，1-14：体外神经元组装体中的功能连接性(Functional connectivity in in vitro neuronal assemblies))。

所述MEA系统使得能够实时地从神经元网络中的多个位点进行非侵入性、持久、同时的细胞外记录，增加空间分辨率，从而提供稳健的网络活动量度。长时间同时收集动作电位和场电位数据允许监测由负责时空模式生成的所有细胞机制的相互作用产生的网络功能(Johnstone A.F.M.等人，Neurotoxicology(2010)，31：331-350，微电极阵列：21世纪基于生理学的神经毒性测试平台(Microelectrode arrays:a physicologically basedneurotoxicity testing platform for the 21^st century))。与膜片钳和其他单电极记录技术相比，MEA测量整个网络的响应，整合了网络中存在的所有受体、突触和神经元类型的相互作用的总体信息(Novellino A.等人，Frontiers in Neuroengineering.(2011)，4(4)，1-14，开发基于微电极阵列的神经毒性测试：用神经活性化学物质评估实验室间复现性(Development of micro-electrode array based tests for neurotoxicity:assessment of interlaboratory reproducibility with neuroactive chemicals))。因此，MEA记录已被用于了解神经元培养物中的神经元通信、信息编码、传播和处理(Taketani,M等人(2006).《网络电生理学进展》(Advances in NetworkElectrophysiology).New York，NY：Springer；Obien等人，Frontiers in Neurosciences，2015，8(423)：通过微电极阵列记录揭示神经元功能(Revealing neuronal functionsthrough microelectrode array recordings))。MEA技术是一种复杂的表型高内涵筛选法，用于表征电活性细胞培养物中网络活动的功能变化，并且它对神经发生以及神经再生和神经变性方面非常敏感。此外，已知在MEA上生长的神经元网络能够对改变完整哺乳动物神经系统功能的大致相同浓度范围内的神经活性或神经毒性化合物做出反应(Xia等人，Alcohol，2003，30，167-174：培养的神经元网络对乙醇的组织型电生理反应(Histiotypicelectrophysiological responses of cultured neuronal networks to ethanol)；Gramowski等人，European Journal of Neuroscience，2006，24，455-465：用在多电极神经芯片上生长的原代皮质神经元网络功能性筛选传统抗抑郁药(Functional screening oftraditional antidepressants with primary cortical neuronal networks grown onmultielectrode neurochips)；Gramowski等人，Frontiers in Neurology，2015，6(158)：通过用交替10和16Hz调制进行脉冲的150MHz载波电磁场刺激来提高体外皮质网络活动和促进GABA能神经发生(Enhancement of cortical network activity in vitro andpromotion of GABAergic neurogenesis by stimulation with an electromagneticfield with 150MHz carrier wave pulsed with an alternating 10and 16Hzmodulation))。

该技术用于评估纳米粒子对神经元网络的效应。

神经元网络的体内研究

考虑适当的动物模型来评估本发明的纳米粒子对动物的神经元网络的效应。

例如，迷宫用于研究大鼠或小鼠的空间学习和记忆。使用迷宫的研究有助于揭示可适用于包括人类在内的许多物种的关于学习的一般原理。现在，迷宫通常用于确定不同的处理或条件是否影响大鼠的学习和记忆。

实施例1.用导体材料制备的纳米粒子：用具有中性表面电荷的生物相容性包覆层包覆的金纳米粒子的合成

通过用封端剂(柠檬酸钠)还原氯化金盐(HAuCl₄)来合成金纳米粒子(方案改编自G.Frens Nature Physical Science 241(1973)21)。在典型的实验中，将HAuCl₄溶液加热至沸。随后，添加柠檬酸钠溶液。将所生成的溶液在沸腾下再维持5分钟时间。

进行所述纳米粒子悬液的0.22μm过滤(滤膜：聚(醚砜)(PES))，并通过紫外-可见光谱测定法于530nm确定悬液中的金浓度。

使用α-甲氧基-ω-巯基聚(乙二醇)20kDa(“硫醇-PEG20kDa”)进行表面包覆。将足量的“硫醇-PEG 20kDa”添加到所述纳米粒子悬液中，以在所述金纳米粒子表面上达到至少半单层覆盖度(2.5分子/nm²)。将pH调节至7和7.2之间，并将所述纳米粒子悬液搅拌过夜。

通过将所述纳米粒子悬液在水中稀释(终浓度：[Au]＝0.1g/L)，用Nano-Zetasizer(Malvern)用在633nm下发射的激光以173°散射角在室温(约25℃)下进行动态光散射(DLS)，从而确定流体动力学直径(以强度进行量度)。发现如此获得的生物相容性金纳米粒子在悬液中的流体动力学直径等于118nm，多分散指数(纳米粒子群体在尺寸上的分散度)为0.13。

通过将所述纳米粒子悬液在pH 7的1mM NaCl溶液中稀释(终浓度：[Au]＝0.1g/L)来测量所述纳米粒子的电泳迁移率(Nano-Zetasizer，Malvern)，从而确定ζ电位。发现pH 7下的ζ电位等于-1mV。

实施例2.用导体材料制备的纳米粒子：用具有负表面电荷的生物相容性包覆层包覆的金纳米粒子的合成

如实施例1中所述制备金纳米粒子(相同的金无机核)。

在PES膜滤器上进行0.22μm过滤并通过紫外-可见光谱测定法于530nm确定悬液中的金浓度。

使用内消旋-2,3-二巯基琥珀酸(DMSA)进行生物相容性表面包覆。将足量的DMSA添加到所述纳米粒子悬液中，以在表面上达到至少半单层覆盖度(2.5分子/nm²)。将pH调节至7和7.2之间，并将所述纳米粒子悬液搅拌过夜。

通过将所述纳米粒子悬液在水中稀释(终浓度：[Au]＝0.1g/L)，用Nano-Zetasizer(Malvern)用在633nm下发射的激光以173°散射角在室温(约25℃)下进行动态光散射(DLS)，从而确定流体动力学直径(以强度进行量度)。如此获得的纳米粒子在悬液中的流体动力学直径等于76nm，多分散指数(纳米粒子群体在尺寸上的分散度)为0.46。

通过将所述纳米粒子悬液在pH 7的1mM NaCl溶液中稀释(终浓度：[Au]＝0.1g/L)来测量所述纳米粒子的电泳迁移率(Nano-Zetasizer，Malvern)，从而确定ζ电位。发现pH 7下的ζ电位等于-23mV。

实施例3.用具有等于或低于100的低相对介电常数的绝缘体材料制备的纳米粒子：用具有中性表面电荷的生物相容性包覆层包覆的氧化锆纳米粒子的合成

通过在碱性pH下用四甲基氢氧化铵(TMAOH)沉淀氯化锆(ZrCl₄)来合成氧化锆(ZrO₂)纳米粒子。将所生成的悬液转移到高压釜中并在高于110℃的温度下加热。冷却后，将悬液用去离子水洗涤并酸化。

该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸以及代表所述纳米粒子和纳米粒子聚集体的群体中30％-70％百分位的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸使用透射电子显微术进行评估，并发现分别等于10nm和8nm-12nm。计数了446个纳米粒子，并测量了它们的最大尺寸。

在PES膜滤器上进行0.22μm过滤，并通过将所述水溶液干燥成粉末并称量所得的质量来确定(ZrO₂)纳米粒子的浓度。

使用硅烷-聚(亚乙基)二醇2kDa(“Si-PEG 2kDa”)制备生物相容性包覆层。将足量的“Si-PEG 2kDa”添加到所述纳米粒子悬液中，以在表面上达到至少半单层覆盖度(2.5分子/nm²)。将所述纳米粒子悬液搅拌过夜，随后将pH调节至7。

通过将所述纳米粒子悬液在水中稀释(构成纳米粒子核的ZrO₂的终浓度：[ZrO₂]＝0.1g/L)，用Nano-Zetasizer(Malvern)用在633nm下发射的激光以173°散射角在室温(约25℃)下进行动态光散射(DLS)，从而确定流体动力学直径(以强度进行量度)。发现所述纳米粒子的流体动力学直径等于55nm，多分散指数(纳米粒子群体在尺寸上的分散度)为0.1。

通过将所述纳米粒子悬液在pH 7的1mM NaCl溶液中稀释(终浓度：[ZrO₂]＝0.1g/L)来测量所述纳米粒子的电泳迁移率(Nano-Zetasizer，Malvern)，从而确定ζ电位。发现pH7下的ζ电位等于-1mV。

实施例4.用具有等于或低于100的低相对介电常数的绝缘体材料制备的纳米粒子：用具有负表面电荷的生物相容性包覆层包覆的氧化锆纳米粒子的合成

如实施例3中所述制备氧化锆纳米粒子(相同的无机核)。

在PES膜滤器上进行0.22μm过滤，并通过将所述水悬液干燥成粉末并称量所得的质量来确定(ZrO₂)纳米粒子的浓度。

使用六偏磷酸钠进行表面官能化。将足够质量的六偏磷酸钠添加到所述纳米粒子悬液中，以在表面上达到至少半单层覆盖度(2.5分子/nm²)。将所述纳米粒子悬液搅拌过夜，随后将pH调节至7。

通过将所述纳米粒子悬液在水中稀释(构成纳米粒子核的ZrO₂的终浓度：[ZrO₂]＝0.1g/L)，用Nano-Zetasizer(Malvern)用在633nm下发射的激光以173°散射角在室温(约25℃)下进行动态光散射(DLS)，从而确定流体动力学直径(以强度进行量度)。发现所述纳米粒子的流体动力学直径等于70nm，多分散指数(纳米粒子群体在尺寸上的分散度)为0.11。

通过将所述纳米粒子悬液在pH 7的1mM NaCl溶液中稀释(终浓度：[ZrO₂]＝0.1g/L)来测量所述纳米粒子的电泳迁移率(Nano-Zetasizer，Malvern)，从而确定ζ电位。发现pH7下的ζ电位等于-33mV。

实施例5.用半导体材料制备的纳米粒子：用具有中性表面电荷的生物相容性包覆层包覆的硅纳米粒子

硅(Si)纳米粒子(粉末)获自US Research Nanomaterials Inc.。将它们用PVP(1％wt)包覆，在表面上呈现少于0.1分子/nm²。

该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸以及代表所述纳米粒子和纳米粒子聚集体的群体中30％-70％百分位的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸使用透射电子显微术进行评估，并发现分别等于53nm和45–61nm。计数了七十一(71)个纳米粒子，并测量了它们的最大尺寸。

随后，通过添加足够质量的硅烷-聚(乙二醇)2kDa(Si-PEG 2kDa)以得到至少半单层(2.5分子/nm²)并将所述包覆溶液在碱性pH下温育过夜，将它们用Si-PEG 2kDa进行包覆。随后将它们在超声处理下(用探头)以30g/L分散在水中。

在PES膜滤器上进行0.22μm过滤，并通过将所述悬液干燥成粉末并称量所得的质量来确定(Si)纳米粒子的浓度。

通过将所述纳米粒子悬液在水中稀释(构成纳米粒子核的Si的终浓度：[Si]＝0.1g/L)，用Nano-Zetasizer(Malvern)用在633nm下发射的激光以173°散射角在室温(约25℃)下进行动态光散射(DLS)，从而确定流体动力学直径(以强度进行量度)。发现所述纳米粒子的流体动力学直径等于195nm，多分散指数(纳米粒子群体在尺寸上的分散度)为0.10。

通过将所述纳米粒子悬液在pH 7的1mM NaCl溶液中稀释(终浓度：[Si]＝0.1g/L)来测量所述纳米粒子的电泳迁移率(Nano-Zetasizer，Malvern)，从而确定ζ电位。发现pH 7下的ζ电位等于-3mV。

实施例6.用半导体材料制备的纳米粒子：用具有负表面电荷的生物相容性包覆层包覆的硅纳米粒子

硅(Si)纳米粒子(粉末)获自US Research Nanomaterials Inc.。将它们用PVP(1％wt)包覆，在表面上呈现少于0.1分子/nm²。

将它们在超声处理(用探头)下以30g/L分散在水中。

在PES膜滤器上进行0.22μm过滤，并通过将所述悬液干燥成粉末并称量所得的质量来确定(Si)纳米粒子的浓度。

通过将所述纳米粒子悬液在水中稀释(构成纳米粒子核的Si的终浓度：[Si]＝0.1g/L)，用Nano-Zetasizer(Malvern)用在633nm下发射的激光以173°散射角在室温(约25℃)下进行动态光散射(DLS)，从而确定流体动力学直径(以强度进行量度)。发现所述纳米粒子的流体动力学直径等于164nm，多分散指数(纳米粒子群体在尺寸上的分散度)为0.16。

该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸以及代表所述纳米粒子和纳米粒子聚集体的群体中30％-70％百分位的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸使用透射电子显微术进行评估，并发现分别等于53nm和45–61nm。计数了七十一(71)个纳米粒子，并测量了它们的最大尺寸。

通过将所述纳米粒子悬液在pH 7的1mM NaCl溶液中稀释(终浓度：[Si]＝0.1g/L)来测量所述纳米粒子的电泳迁移率(Nano-Zetasizer，Malvern)，从而确定ζ电位。发现pH 7下的ζ电位等于-19mV。

实施例7.用具有等于或高于200的高相对介电常数的绝缘体材料制备的纳米粒子：用具有负表面电荷的生物相容性包覆层包覆的钛酸钡纳米粒子

钛酸钡(BaTiO₃)纳米粒子悬液(20wt％，在水中)得自US Research MaterialsInc.(US3835)。

使用硅烷-聚(亚乙基)二醇10kDa(“Si-PEG 10kDa”)进行表面官能化。简而言之，将“Si-PEG 10kDa”首先溶解在乙醇/水溶液(1/3v/v)中并添加到BaTiO₃悬液(20wt％，在水中)中以实现在所述纳米粒子表面上的完整单层覆盖度。将所述悬液超声处理，随后搅拌过夜。在0.22μm过滤(滤膜：聚(醚砜))之后，进行洗涤步骤以消除未反应的“Si-PEG 10kDa”聚合物。

通过将所述纳米粒子悬液在水中稀释(构成纳米粒子核的BaTiO₃的终浓度：[BaTiO₃]＝0.1g/L)，用Nano-Zetasizer(Malvern)用在633nm下发射的激光以173°散射角在室温(约25℃)下进行动态光散射(DLS)，从而确定流体动力学直径(以强度进行量度)。发现所述纳米粒子的流体动力学直径等于164nm，多分散指数(纳米粒子群体在尺寸上的分散度)为0.16。

通过将所述纳米粒子悬液在pH 7的1mM NaCl溶液中稀释(终浓度：[BaTiO₃]＝0.1g/L)来测量所述纳米粒子的电泳迁移率(Nano-Zetasizer，Malvern)，从而确定ζ电位。发现pH 7下的ζ电位为-11mV。

该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸以及代表所述纳米粒子和纳米粒子聚集体的群体中30％-70％百分位的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸使用透射电子显微术进行评估，并发现分别等于67nm和60-77nm。计数了五十一(51)个纳米粒子，并测量了它们的最大尺寸。

实施例8.使用多电极阵列(MEA)在额叶皮质神经元培养物上对本发明的纳米粒子(来自实施例1和2的纳米粒子)的功能评价

材料和方法

微电极阵列神经芯片

48孔微电极阵列神经芯片购自Axion Biosystems Inc。这些芯片每孔具有16个被动电极。用聚乙烯亚胺(PEI，50％，在硼酸盐缓冲液中)包被表面1小时，洗涤并风干。

原代细胞培养，处理条件

从胚胎第15/16日chr:NMRI小鼠(Charles River)收获额叶皮质组织。通过颈脱位处死小鼠。将组织通过酶消化(133,3Kunitz单位/ml DNase；10单位/毫升木瓜蛋白酶)和机械研磨进行解离，计数，活力控制，并在含有层粘连蛋白(10μg/ml)、10％胎牛血清和10％马血清的20μl DMEM液滴中在MEA上铺板。在MEA上的培养物在37℃下10％CO₂气氛中温育直到可以使用。每周两次用含有10％马血清的DMEM补充培养基。在接种后第5天用有丝***抑制剂5-氟-2'-脱氧尿苷(25μM)和尿苷(63μM)处理发育中的共培养物，以防止进一步的神经胶质增殖。

将额叶皮质培养26天(培养期，也定为“天然期”)。定量有效孔的数量，并将所述纳米粒子悬液([Au]＝800μM)(“纳米粒子”组)或水(“对照”组)添加到有效孔中。温育2天(48小时)后，记录活动2小时(值从30分钟跨度取得的60秒bin数据得来)。

多通道记录和多参数数据分析

为了记录，使用来自Axion Biosystems(USA)的多通道MAESTRO记录系统。对于细胞外记录，将48孔MEA置于MAESTRO记录站中并维持在37℃。在DMEM/10％热灭活的马血清中进行记录。用有10％CO₂的过滤的加湿气流连续流将pH维持在7.4。

每个单元代表源自在一个电极处记录的一个神经元的活动。单元在记录开始时分开。对于每个单元，动作电位(即峰电位)被记录为峰电位序列，其群集成所谓的“爆发”。使用Spike Wrangler和NPWaveX程序(均来自NeuroProof GmbH，Rostock，德国)通过直接峰电位序列分析来定量描述爆发。爆发由短的峰电位事件的开始和结束来限定(参见图1)。

通过对网络活动模式的多参数高内涵分析，提取了204个描述活动的峰电位序列参数。这些参数允许获得以下四类中活动变化的精确描述：一般活动，爆发结构，振荡行为和同步性。

-“一般活动参数”的变化以爆发之间的时间描述了对动作电位发放率(峰电位率)、爆发率和爆发期的影响。

-“爆发结构参数”不仅定义了高频峰电位发放期(“爆发”)内的峰电位内部结构，例如爆发中的峰电位频率、爆发中的峰电位率和爆发峰电位密度，而且还定义了爆发的整体结构，例如持续时间、面积和平台。

-“振荡参数”量化了爆发发生或结构的规律性，其通过描述实验事件内参数(一般活动，爆发结构)变异性的主要活动参数的变异系数来计算(Gramowski A.等人，Eur.J.Neurosci.，2004，19，2815-2825：通过定量表征微电极阵列上小鼠脊髓网络中的振荡器活动进行物质鉴定(Substance identification by quantitativecharacterization of oscillator activity in murine spinal cord networks onmicroelectrode arrays))。越高的值指示越不规则的爆发结构或越不规则的一般活动(例如，峰电位发放，爆发发放)。

-作为峰电位序列中同步性的度量，“CV_网络参数”反映了网络内神经元之间的“同步化”(Gramowski A.等人，Eur.J.Neurosci.，2004，19，2815-2825：通过定量表征微电极阵列上小鼠脊髓网络中的振荡器活动进行物质鉴定(Substance identification byquantitative characterization of oscillator activity in murine spinal cordnetworks on microelectrode arrays))。CV_网络是网络上的变异系数。大的CV_网络值暗示着跨网络活动的变异范围大，意味着同步化较低、突触可塑性和突触连接性较高。(GramowskiA.等人，Frontiers in Neurology，2015，6(158)：通过用交替10和16Hz调制进行脉冲的150MHz载波电磁场刺激来提高体外皮质网络活动和促进GABA能神经发生(Enhancement ofcortical network activity in vitro and promotion of GABAergic neurogenesis bystimulation with an electromagnetic field with 150MHz carrier wave pulsedwith an alternating 10 and 16Hz modulation))。

CV_时间反映了单个单元(单个神经元)活动模式的周期性行为，而CV_网络则揭示了特定时间帧内不同神经元之间的协调性并且是同步性的度量。如果神经元群体(网络)是同步的，但在其时间模式上波动，则观察到低CV_网络和高CV_时间。反之，具有若干周期模式的非同步网络产生高CV_网络和低CV_时间。在自然条件下(即在健康条件下且未没有任何治疗)，当突触连接性(表示神经元之间化学连接和电连接的整体)最大时，通常得到高CV_网络值。

通过上述参数评价本发明的纳米粒子诱导的对神经元网络的功能效应(在下面的表1中也概括了其中的一些)。

表1：来自多参数数据分析的以下两个类别的活动描述参数：一般活动和同步性

记录在存在或不存在所测试的纳米粒子下对网络活动的功能效应。绝对活动值(参数值)表示为独立网络的平均值±SEM。对于每个“纳米粒子”组或“对照”组，分析中都包括至少8个有效孔(“有效”意指具有足够数量测量电活动的电极的孔)。测试绝对参数的分布的正态性，并通过单向ANOVA评估组间的统计学显著性。

图2(来自实施例1的纳米粒子)和图3(来自实施例2的纳米粒子)呈现了一些代表性参数(一般活动和同步性)，表征了在“纳米粒子”组和“对照”组中观察到的功能效应。与水(用于“对照”组)相比，所述纳米粒子增加了网络通信的变异性(CV_网络参数的值增大)。这可以与增强突触可塑性和突触连接性相关联，并进而与增强网络存储容量相关联。

实施例9.使用多电极阵列(MEA)在额叶皮质神经元培养物上对本发明的纳米粒子(来自实施例3和5的纳米粒子)的功能评价

材料和方法

微电极阵列神经芯片

48孔微电极阵列神经芯片购自Axion Biosystems Inc。这些芯片每孔具有16个被动电极。用聚乙烯亚胺(PEI，50％，在硼酸盐缓冲液中)包被表面1小时，洗涤并风干。

原代细胞培养，处理条件

从胚胎第15/16日chr:NMRI小鼠(Charles River)收获额叶皮质组织。通过颈脱位处死小鼠。将组织通过酶消化(133,3Kunitz单位/ml DNase；10单位/毫升木瓜蛋白酶)和机械研磨进行解离，计数，活力控制，并在含有10％胎牛血清和10％马血清的DMEM中在聚-D-赖氨酸和层粘连蛋白包被的MEA上铺板。在MEA上的培养物在37℃下10％CO₂气氛中温育直到可以使用。每周两次用含有10％马血清的DMEM补充培养基。在接种后第5天用有丝***抑制剂5-氟-2'-脱氧尿苷(25μM)和尿苷(63μM)处理发育中的共培养物，以防止进一步的神经胶质增殖。

将额叶皮质培养至少4周(培养期，也定为“天然期”)。定量有效孔的数量，并将所述纳米粒子悬液(对于来自实施例5的纳米粒子悬液，[Si]＝800μM，以及对于来自实施例3的纳米粒子悬液，[ZrO₂]＝400μM)(“纳米粒子”组)或水(“对照”组)添加到有效孔中。温育4天(96小时)后，记录活动2小时(值从30分钟跨度取得的60秒bin数据得来)。

多通道记录和多参数数据分析

为了记录，使用来自Axion Biosystems(USA)的多通道MAESTRO记录系统。对于细胞外记录，将48孔MEA置于MAESTRO记录站中并维持在37℃。在DMEM/10％热灭活的马血清中进行记录。用有10％CO₂的过滤的加湿气流连续流将pH维持在7.4。

每个单元代表源自在一个电极处记录的一个神经元的活动。单元在记录开始时分开。对于每个单元，动作电位(即峰电位)被记录为峰电位序列，其群集成所谓的“爆发”。使用Spike Wrangler和NPWaveX程序(均来自NeuroProof GmbH，Rostock，德国)通过直接峰电位序列分析来定量描述爆发。爆发由短的峰电位事件的开始和结束来限定(参见图1)。

通过对网络活动模式的多参数高内涵分析，提取了204个描述活动的峰电位序列参数。这些参数允许获得以下四类中活动变化的精确描述：一般活动，爆发结构，振荡行为和同步性。

-“一般活动参数”的变化以爆发之间的时间描述了对动作电位发放率(峰电位率)、爆发率和爆发期的影响。

-“爆发结构参数”不仅定义了高频峰电位发放期(“爆发”)内的峰电位内部结构，例如爆发中的峰电位频率、爆发中的峰电位率和爆发峰电位密度，而且还定义了爆发的整体结构，例如持续时间、面积和平台。

-“振荡参数”量化了爆发发生或结构的规律性，其通过描述实验事件内参数(一般活动，爆发结构)变异性的主要活动参数的变异系数来计算(Gramowski A.等人，Eur.J.Neurosci.，2004，19，2815-2825：通过定量表征微电极阵列上小鼠脊髓网络中的振荡器活动进行物质鉴定(Substance identification by quantitativecharacterization of oscillator activity in murine spinal cord networks onmicroelectrode arrays))。越高的值指示越不规则的爆发结构或越不规则的一般活动(例如，峰电位发放，爆发发放)。

-作为峰电位序列中同步性的度量，“CV_网络参数”反映了网络内神经元之间的“同步化”(Gramowski A.等人，Eur.J.Neurosci.，2004，19，2815-2825：通过定量表征微电极阵列上小鼠脊髓网络中的振荡器活动进行物质鉴定(Substance identification byquantitative characterization of oscillator activity in murine spinal cordnetworks on microelectrode arrays))。CV_网络是网络上的变异系数。大的CV_网络值暗示着跨网络活动的变异范围大，意味着同步化较低。(Gramowski A.等人，Frontiers inNeurology，2015，6(158)：通过用交替10和16Hz调制进行脉冲的150MHz载波电磁场刺激来提高体外皮质网络活动和促进GABA能神经发生(Enhancement of cortical networkactivity in vitro and promotion of GABAergic neurogenesis by stimulation withan electromagnetic field with 150MHz carrier wave pulsed with an alternating10 and 16Hz modulation))。

CV_时间反映了单个单元(单个神经元)活动模式的周期性行为，而CV_网络则揭示了特定时间帧内不同神经元之间的协调性并且是同步性的度量。如果神经元群体(网络)是同步的，但在其时间模式上波动，则观察到低CV_网络和高CV_时间。反之，具有若干周期模式的非同步网络产生高CV_网络和低CV_时间。在自然条件下(即在健康条件下且未没有任何治疗)，当突触连接性(表示神经元之间化学连接和电连接的整体)最大时，通常得到高CV_网络值。

通过上述参数评价本发明的纳米粒子诱导的对神经元网络的功能效应(在下面的表2中也概括了其中的一些)。

表2：来自多参数数据分析的以下两个类别的活动描述参数：一般活动和同步性

记录在存在或不存在所测试的纳米粒子下对网络活动的功能效应。将活动值(参数值)针对每个实验被设置为100％的相关天然活动进行归一化(天然活动的值由30分钟稳定化活动后从30分钟跨度取得的60秒bin数据得来)。相对活动值表示为独立网络的平均值±SEM。对于每个“纳米粒子”组或“对照”组，分析中都包括至少8个有效孔(“有效”意指具有足够数量测量电活动的电极的孔)。测试绝对参数的分布的正态性，并通过单向ANOVA评估组间的统计学显著性。

图4(来自实施例3的纳米粒子)和图5(来自实施例5的纳米粒子)呈现了一些代表性参数(一般活动和同步性)，表征了在“纳米粒子”组和“对照”组中观察到的功能效应。与水(用于“对照”组)相比，所述纳米粒子增加了网络通信的变异性(CV_网络参数的值增大)。这可以与增强突触可塑性和突触连接性相关联，并进而与增强网络存储容量相关联。

这些结果突出了本申请描述的纳米粒子在增强神经元网络中的功能效应(神经元网络内的突触可塑性和突触连接性)中的有利性能。

实施例10：具有中性表面电荷的不同尺寸的金纳米粒子的合成和理化表征

通过在水溶液中用柠檬酸钠还原氯化金获得金纳米粒子。方案改编自G.FrensNature Physical Science 241(1973)21。

在典型的实验中，将HAuCl₄溶液加热至沸。随后，添加柠檬酸钠溶液。将所生成的悬液在沸腾下再维持5分钟时间。

通过小心改变柠檬酸盐对金前体的比率，将纳米粒子的尺寸从约15nm调节到约110nm(参见表3)。

然后使用超滤装置(来自Millipore的8400型Amicon stirred cell)与具有适当截留分子量(MWCO)的纤维素膜将如此制备的金纳米粒子悬液浓缩，并在层流罩下通过0.22μm截留滤膜(来自Millipore的PES膜)进行过滤。

使用α-甲氧基-ω-巯基聚(乙二醇)20kDa(“硫醇-PEG20kDa”)进行表面包覆。将足量的“硫醇-PEG 20kDa”添加到所述纳米粒子悬液中，以在金纳米粒子表面上得到单层覆盖度。将pH调节至6.8和7.4之间，并将所述纳米粒子悬液搅拌过夜。使用超滤离心滤器(来自Sartorius的Vivaspin或来自Merck Millipore的Amicon Ultra)与适当的MWCO膜在层流罩下除去过量的硫醇-PEG 20kDa，并将最终的悬液在4℃保存。

使用透射电子显微术通过计数至少200个纳米粒子来确定粒度，取纳米粒子的最大尺寸进行尺寸测量。表3报告了该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸以及代表纳米粒子或纳米粒子聚集体的群体中30％-70％百分位的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸，以及通过电感耦合光发射光谱法(ICP-OES)测量的金浓度([Au])，和通过将纳米粒子悬液在1mM的NaCl溶液中稀释，在0.01和0.05g/L之间的金浓度([Au])和pH约7下测量纳米粒子的电泳迁移率(Nano-Zetasizer，Malvern)而确定的ζ电位。

表3：

实施例11.用导体材料制备的纳米粒子：具有负表面电荷的聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)纳米粒子(PEDOT纳米粒子)的合成

聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)纳米粒子(PEDOT纳米粒子)的水分散液(1.1％w/w)得自Sigma(sigma 675288)并就此使用。

通过将所述纳米粒子悬液在pH 7.3的1mM NaCl溶液中稀释(PEDOT终浓度：1g/L)来测量所述纳米粒子的电泳迁移率(Nano-Zetasizer，Malvern)，从而确定ζ电位。发现pH7.3下的ζ电位等于-53mV。

该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的中值最大尺寸以及代表所述纳米粒子和纳米粒子聚集体的群体中30％-70％百分位的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸使用扫描电子显微术(SEM)进行评估，并分别等于408nm和311nm–518nm(计数56个纳米粒子，并测量它们的最大尺寸)。

实施例12.用具有等于或低于100的低相对介电常数的绝缘体材料制备的纳米粒子的合成：包覆有具有负表面电荷的生物相容性包覆层的氧化铪纳米粒子的合成

通过在碱性pH下用四甲基氢氧化铵(TMAOH)沉淀氯化铪(HfCl₄)来合成氧化铪(HfO₂)纳米粒子。将所生成的悬液转移到高压釜中并在高于110℃的温度下加热。冷却后，将所述悬液用去离子水洗涤并酸化。

使用六偏磷酸钠进行表面官能化。将足够质量的六偏磷酸钠添加到所述纳米粒子悬液中，以在表面上达到至少半单层覆盖度(2.5分子/nm²)。将所述纳米粒子悬液搅拌过夜，随后将pH调节至7。