活体脑化学物质实时分析系统代氧化酶型生物传感器

代氧化酶型生物传感器是利用О。作为氧化酶的电子受体,通过检测酶催化反应过程中H.0,的生成量,进而实现被测物浓度及其变化的传感分析。尽管目前大部分氧化酶型生物传感器是基于该原理研制而成,但是该类生物传感器仍面临诸多问题[*。一方面,0。作为酶催化反应的电子受体,其浓度随环境的波动将会影响传感器信号的稳定性;另一方面,H.0。的电化学氧化通常具有较高的过电位,而脑内共存的其它物种,如多巴胺及其代谢产物、抗坏血酸等,在此高电位下也能发生电化学氧化反应,进而干扰测定;虽然检测H0。的还原电流能够避免以上物质氧化的干扰,但由溶解氧电化学还原而产生的干扰仍是一个不可回避的问题。

活体脑化学物质实时分析系统交换膜

为了提高代氧化酶型生物传感器的选择性,研究人员曾在传感器的表面再覆盖一层离子交换膜[°]或者电化学聚合膜',从而抑制电化学活性物质(如抗坏血酸)向电极表面的扩散和的电化学氧化。抗坏血酸对于传感器的干扰也可通过在电极表面或在线电化学传感器上游引人抗坏血酸氧化酶修饰层或酶柱,预先氧化抗坏血酸进而消耗其含量实现(]。Baker等l在铂微电极表面电聚合邻苯二胺薄膜,并修饰以甲酯,醋酸纤维素等作为稳定剂,结合生物识别元件(氧化酶)实现了大鼠脑内的原位电化学分析。Li等(通过在葡萄糖氧化酶修饰的电极上电聚合一层邻苯二胺薄膜,提高了对葡萄糖的选择性,并将该阵列电极成功用于大鼠扩散性抑制过程中葡萄糖,O。和电生理活动的同时测定。他们发现,在SD过程中,脑内葡萄糖和氧分压会发生明显的变化。Chatard等l5利用气相沉积的方法在直径7 um 的碳纤维表面镀铂,再电聚合一层间苯二胺薄膜,较好地抑制了内源性电活性分子向电极表面的扩散。通过使用葡萄糖氧化酶和乳酸氧化酶,他们研制出了对脑组织创伤较小,但对于葡萄糖和乳酸具有良好响应的电化学生物传感器,成功用于脑神经生理病理模型中葡萄糖和乳酸动态变化的研究。他们还发现,在SD过程中,传统微电极和碳纤维微电极对葡萄糖和乳酸的响应表现出较大差异。

活体脑化学物质实时分析系统在线分析系统

基于氧化酶构建的代电化学生物传感器已被用于构建在线分析系统。Rogers 等[l通过电聚合将葡萄糖氧化酶固定在微流控芯片的工作电极上,有效避免了抗坏血酸、多巴胺等内源性电活性分子的干扰。他们结合快速微透析取样技术,研究了SD过程中脑内葡萄糖的变化规律;通过使用米松,实现了脑内葡萄糖浓度的长期监测(]。为了解决H,0,检测时的过电位问题,辣根过氧化物酶( Horseradish peroxidase , HRP)作为H,0。还原的生物酶催化剂,常被用于构筑高选择性的电化学生物传感器。在该类传感体系中,通常需要外加电子媒介体实现 HRP和电极之间的电子传递。Niwa等lSS制备了固定有谷氨酸氧化酶的反应器,将饿的配合物与HRP复合而形成的凝胶(Os-gel-HRP)修饰在玻碳电极上,并以此作为检测器,发展了谷氨酸的在线分析方法,灵敏度高(24.3 nA/( umol/L)) ,检出限低(7.2 nmoL/L) ,成功检测到KCl刺激单个神经元细胞及电刺激脑切片引起的亚微摩尔及微摩尔水平的谷氨酸变化。Osborone 等[制备了一种双半圆形的工作电极,分别在两个半圆电极上修饰了Os-gel-HRP/葡萄糖氧化酶和Os-gel-HRP/乳酸氧化酶,在克服了电极间交叉干扰的前提下,建立了脑内葡萄糖和乳酸浓度同时检测的在线电化学分析方法,实现了大鼠在清醒状。

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。