活体脑化学物质实时分析系统交换膜

为了提高代氧化酶型生物传感器的选择性,研究人员曾在传感器的表面再覆盖一层离子交换膜[°]或者电化学聚合膜',从而抑制电化学活性物质(如抗坏血酸)向电极表面的扩散和的电化学氧化。抗坏血酸对于传感器的干扰也可通过在电极表面或在线电化学传感器上游引人抗坏血酸氧化酶修饰层或酶柱,预先氧化抗坏血酸进而消耗其含量实现(]。Baker等l在铂微电极表面电聚合邻苯二胺薄膜,并修饰以甲酯,醋酸纤维素等作为稳定剂,结合生物识别元件(氧化酶)实现了大鼠脑内的原位电化学分析。Li等(通过在葡萄糖氧化酶修饰的电极上电聚合一层邻苯二胺薄膜,提高了对葡萄糖的选择性,并将该阵列电极成功用于大鼠扩散性抑制过程中葡萄糖,O。和电生理活动的同时测定。他们发现,在SD过程中,脑内葡萄糖和氧分压会发生明显的变化。Chatard等l5利用气相沉积的方法在直径7 um 的碳纤维表面镀铂,再电聚合一层间苯二胺薄膜,较好地抑制了内源性电活性分子向电极表面的扩散。通过使用葡萄糖氧化酶和乳酸氧化酶,他们研制出了对脑组织创伤较小,但对于葡萄糖和乳酸具有良好响应的电化学生物传感器,成功用于脑神经生理病理模型中葡萄糖和乳酸动态变化的研究。他们还发现,在SD过程中,传统微电极和碳纤维微电极对葡萄糖和乳酸的响应表现出较大差异。

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。

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。