活体脑化学物质实时分析系统

微透析取样技术自1972年问世以来,已被广泛应用于神经科学、药学和分析化学等多学科的研究中I4]。作为取样技术,该技术一般需要结合样品分离和检测,方可实现与脑化学相关的研究。电化学生物传感器由于具有高选择性和传感界面设计多样性等优点,因此微透析技术和高选择性生物电化学传感的有效结合,可形成在线电化学分析系统(Online electrochemical system , OECS) ,实现部分神经分子(如葡萄糖、乳酸、谷氨酸等)的直接检测[]。相对于使用样品分离的离线分离分析,OECS 具有时间分辨率高,样品保真,易与行为学研究相结合等优点[]。但是,无需样品分离的直接检测方法要求在线电化学传感器应满足以下条件:(1)高选择性:应避免脑透析液中其它神经分子,如抗坏血酸、尿酸、多巴胺及其代谢物的干扰;(2)高灵敏度:可有效检测脑透析液中的低浓度物质,如多巴胺、谷氨酸、乙酰等;(3)良好的稳定性和重现性:可进行长时程的流动分析;(4)多组分同时分析:多个传感器之间应无交叉干扰;(5)与生理学研究的兼容性;能够实现在复杂脑神经生理和病理条件下对于特定神。

活体脑化学物质实时分析系统二代氧化酶型生物传感器

为了克服代氧化酶型生物传感器受到氧分压波动和H,0。检测时高过电位的局限,二代氧化酶型生物传感器以电子传递媒介体替代О。作为酶催化反应过程中的电子受体,通过检测媒介体在电极上的氧化还原电流,实现底物的传感分析。与代氧化酶型生物传感器相比,该类传感器可在较低的氧化过电位下实现待测物的检测,能够避免常见物质(如尿酸、多巴胺及其代谢产物等)的干扰。现在,二茂铁[^],铁l°,醒类化合物[]、,过渡金属化合物[4],具有氧化还原性质的高分子聚合物[]等已被用作氧化酶的电子转移媒介体。

活体脑化学物质实时分析系统基于核酸适配体的生物传感

目前,Aptamer已成为诊断和的重要分子工具。与天然受体(如和酶)相比,Aptamer作为生物识别元件,在电化学生物传感领域具有很好的优势:(1)针对具体的靶标(从小分子到尺寸较大的蛋白质甚至细胞),理论上都可通过体外筛选的方法,得到具有高特异性和亲和力的 Aptamer; (2)Aptamer具有化学稳定性; (3 )Aptamer在与靶标结合时常能发生显著的构象变化,该特点可为高灵敏度和高选择性电化学生物传感原理的设计和构筑提供可能[!。2018年,Nakatsuka等![]在超薄金属氧化物场效应晶体管阵列上修饰能够特异性结合靶标的Aptamer,在生理条件下,实现了5-羟色胺、多巴胺﹑葡萄糖、1-磷酸神经鞘氨醇的选择性检测,如图10所示。靶标分子和 Aptamer结合诱导后者带负电的磷酸二酯骨架发生构象变化,引起栅极调控半导体通道导电能力的改变,进而实现了待测靶标的高灵敏检测。

活体脑化学物质实时分析系统多酶协同电化学生物传感器的分析

神经系统中存在着一类重要化学物质,如乙酰[)、ATP1%'1 ,y-氨基丁酸R等,既没有电化学活性,也缺少相对应的氧化酶或脱氢酶识别元件,利用一般的电化学生物传感原理很难实现其直接检测。因此,多酶串联反应的电化学生物传感器应运而生。如乙酰的传感分析可同时利用乙酰酯酶(Acetylcholine oxidase，AChE)和氧化酶(Choline，ChOx ) ,通过检测酶促反应过程中H,0。的生成量实现乙酰的传感分析。但是,在神经系统中,除抗坏血酸、尿酸等具有电化学活性的物质外，细胞间液中的浓度比乙酰的浓度一般高1000倍左右,这些物质都会干扰乙酰的测定。因此,消除和抗坏血酸的干扰是乙酰分析的关键。Niwa等!R]在微透析取样-在线电化学检测系统研制的过程中,在乙酰电化学传感器的上游引入固定有氧化酶和过氧化氢酶( Catalase )的微柱,先将及其氧化产生的H,0,消耗掉,从而避免对乙酰的干扰。为了降低抗坏血酸的干扰,他们在AChE-ChOx/Os-gel-HRP修饰层上修饰了Nafion 膜,阻止带负电荷的抗坏血酸向电极表面扩散。基于此,他们建立了乙酰的高选择在线电化学分析方法,在大鼠海马脑切片上,成功检测到电刺激诱导的胞外乙酰浓度的升高。