活体脑化学物质实时分析系统

作为神经,大脑是运动,感觉,情感等生命活动的中心。因此,脑科学的研究对于理解和认识各种神经生理和病理过程的本质具有极其重要的意义。脑功能的神经信号传递绝大多数需要多种神经化学物质的共同参与,包括神经递质(如儿茶酚胺、谷氨酸,y-氨基丁酸,乙酰、神经肽等)神经调质(如抗坏血酸等),能量物质(如葡萄糖、乳酸、ATP等),离子(如H'.K* ,Na',Ca'*,CI等)以及其它重要的神经分子(如H,O, ,H,S,NO等)[1.2]。因此,建立和发展新的分析化学的原理和方法,在层次实现脑化学的动态监测,将极大推动对脑功能和脑疾病分子机制的研究。

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电化学催化剂

对底物进行识别和传感过程中,脱氢酶型生物传感器通常需使用外加辅酶和电化学催化剂。将三者稳定地固定于电极的表面,形成一体化的传感器,这是该领域研究的挑战之一。通常情况下,电催化剂可通过吸附或电化学聚合的方式固定在电极表面,脱氢酶亦可通过表面吸附或交联的方式固定在电极表面。但将三者在电极表面进行有效的复合,形成有利于酶与辅酶、辅酶与电催化剂之间有效电子传递的生物电化学表界面是其关键。围绕这些问题, Yu等[?合成了NAD'作为对离子的离子液体,利用该离子液体和MCG分子与单壁碳纳米管(Single-walled carbon nanotubes ,SWNTs)之间的相互作用,制备了以MG为电化学催化剂的凝胶。由于SWNTs的存在,所制备的凝胶具有很好的导电性,有利于MG的电子转移。而且,该凝胶可通过研磨的方式固定于电极的表面,从而简化了制备方法骤,有效降低了不同传感器之间的差异。通过结合脱氢酶(如葡萄糖脱氢酶) ,即可制备基于脱氢酶的电化学生物传感器。