活体脑化学物质实时分析系统基于谷氨酸合成酶的生物传感

除了氧化酶和脱氢酶作为生物识别元件被广泛应用于电化学生物传感领域之外,自然界还存在着种类繁多的其它酶类,如固氮酶、氢化酶等,它们被应用于能源转换,电催化以及电合成等领域。针对目前基于氧化酶和脱氢酶的电化学传感器面临的一系列问题,基于其它酶类的电化学生物传感原理的设计和构筑显得尤为重要。谷氨酸合成酶是固氮过程中实现氨同化反应的关键酶,仅存在于微生物和高等植物部分组织中,并参与相应的氨基酸代谢和光转换等过程。目前,谷氨酸合成酶的晶体结构已被解析,但其在电催化领域的研究尚未被报道。2018年,Wu等[M]将蓝藻细菌中的铁氧化还原蛋白和以铁氧化蛋白为电子供体的谷氨酸合成酶在大肠体内完成重组和表达。该谷氨酸合成酶主要由氨基转移酶中心,黄素单核苷酸(Flavin mononucleotide , FMN)和铁-硫结合中心组成。

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系统

Burmeister等°设计了一种多位点的微电极阵列,实现了脑内和乙酰的同时原位测定。为了排除抗坏血酸和多巴胺的干扰,首先在铂电极表面电聚合一层间苯二胺膜。两个铂记录位点只修饰氧化酶,用于获取的浓度信息;另两个位点同时修饰乙酰酯酶和氧化酶,其电流信号与前者的差值即可用于乙酰的定量分析。