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基于脱氢酶电化学生物传感器的分析

基于脱氢酶电化学生物传感器的分析：

与氧化酶型生物传感器相比,脱氢酶型生物传感器不依赖于O,且能够在较低的氧化电位下工作，因此应具有良好的抗干扰能力。由于大部分脱氢酶自身并不包含辅酶因子,该类电化学生物传感器常需外加辅酶因子(如NAD') , 协助完成酶对底物的催化。但是.辅酶的还原态(NADH)电化学氧化速率较率。

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。

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。