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。

脑化学物质实时分析

神经递质是一种存在于大脑里的化学物质，大脑里细胞用它与其他细胞进行沟通和信息交换。没有神经递质，我们的记忆、快乐、欲望、学习能力等等都不可能以现在的形式存在。许多疾病——比如阿尔茨海默病、、等等——都和各种神经递质有关，相关的——比如抗抑郁药、抗焦虑药、、“聪明药”，或是生活中常接触到的烟、酒、咖啡，其实都是通过影响神经递质来起作用的。

神经递质释放

当神经元受到刺激产生的动作电位传递到突触前膜末梢时，活性区部位密集的Ca2+通道随即打开，Ca2+从胞外进入胞内，引发了神经递质囊泡与突触前膜融合释放神经递质的过程。

大、小分子递质释放概率是不一样的。小分子递质的释放要比大分子多肽类递质更迅速。运动神经元末梢释放乙酰只需几毫秒，而的神经内分泌细胞则需要连续几秒钟的动作电位刺激才能分泌多肽类递质。

因此，依靠小分子递质介导的突触传递过程完成得较快，而靠大分子递质介导的则较慢。

如前所述，这种释放速度的差异是由于囊泡在突触前末梢分布的位置不同以及和Ca2+通道的相对距离有关。

包裹着小分子递质的突触囊泡常搭靠在突触前膜的活性区，距离Ca2+通道近，使得Ca2+进入的信号能优先兴奋小囊泡。

而大分子多肽类递质的分泌颗粒远离突触前膜，难以迅速接受到Ca2+信号。而胺类递质既可以贮存在小囊泡，也可以贮存在大囊泡中，因此这类递质的释放概率有很大差异。