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背景扣除

除上述方法外,背景扣除的方法也能消除干扰。Gerhardt研究组[誓~8]在阵列电极上设计自参照电极,将其电流信号作为背景信号,在具体的分析测定中予以扣除,这种方法可消除在相同的极化电位下其它物质对谷氨酸氧化酶修饰电极的干扰。他们首先在电极表面修饰一层Nafion ,避免抗坏血酸的干扰;随后,利用和牛白蛋白(Bovine serum albumin ,BSA)交联法将谷氨酸氧化酶固定至阵列电极表面,用于记录氧化电流的总和;相邻的自参照位点仅修饰BSA和,用于记录背景氧化电流。二者电流之差用于谷氨酸的定量分析(图1A)。他们利用局部注射谷氨酸的模型,成功地将该生物传感器用于鼠脑谷氨酸原位的实时监测,并实现了自由活动大鼠在静息状态及应激压力下脑内谷氨酸的长期监测。

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。