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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在线分析系统

基于氧化酶构建的代电化学生物传感器已被用于构建在线分析系统。Rogers 等[l通过电聚合将葡萄糖氧化酶固定在微流控芯片的工作电极上,有效避免了抗坏血酸、多巴胺等内源性电活性分子的干扰。他们结合快速微透析取样技术,研究了SD过程中脑内葡萄糖的变化规律;通过使用米松,实现了脑内葡萄糖浓度的长期监测(]。为了解决H,0,检测时的过电位问题,辣根过氧化物酶( Horseradish peroxidase , HRP)作为H,0。还原的生物酶催化剂,常被用于构筑高选择性的电化学生物传感器。在该类传感体系中,通常需要外加电子媒介体实现 HRP和电极之间的电子传递。Niwa等lSS制备了固定有谷氨酸氧化酶的反应器,将饿的配合物与HRP复合而形成的凝胶(Os-gel-HRP)修饰在玻碳电极上,并以此作为检测器,发展了谷氨酸的在线分析方法,灵敏度高(24.3 nA/( umol/L)) ,检出限低(7.2 nmoL/L) ,成功检测到KCl刺激单个神经元细胞及电刺激脑切片引起的亚微摩尔及微摩尔水平的谷氨酸变化。Osborone 等[制备了一种双半圆形的工作电极,分别在两个半圆电极上修饰了Os-gel-HRP/葡萄糖氧化酶和Os-gel-HRP/乳酸氧化酶,在克服了电极间交叉干扰的前提下,建立了脑内葡萄糖和乳酸浓度同时检测的在线电化学分析方法,实现了大鼠在清醒状。

活体脑化学物质实时分析系统基于漆酶电化学生物传感器的分析

漆酶是一种蓝铜族氧化酶,可催化酚类物质的氧化和0。的还原”)。该酶含有的4个Cu位于蛋白的疏水空腔内,其中TI Cu*距蛋白表面约0.6 nm,是催化过程中接收外来电子的站,而由T2和T3Cu‘形成的三核铜簇是О,的结合位点,经由蛋白内电子传递途径接收来自Tl Cu'*的电子,从而将0。还原成H,0。目前,漆酶已被广泛应用于生物燃料电池、生物传感,废水处理等领域。漆酶的性质也为分析化学提供了新途径。多巴胺是一种儿茶酚胺类递质,参与神经信号的传递,在奖赏、运动,成瘾等过程中发挥无可替代的作用T]。多巴胺本身具有邻苯二酚的结构,也是漆酶的底物之一。基于多巴胺在电极表面发生电化学-化学-电化学反应的机理,Xiang等[']提出通过测定多巴胺氧化产物5,6-二羟基蚓吸琳醒的还原电流,进而间接测定多巴胺的新思想。他们利用漆酶催化多巴胺的步氧化反应,继而驱动后续反应的发生;其终产物5,6-二羟基蚓噪啉醍具有较好的电化学活性。

活体脑化学物质实时分析系统概述

摘要脑细胞外间隙(Extracellular space，ECS)是指细胞膜外充满液体的空间,约占脑体积的1/5。作为神经元和胶质细胞赖以生存的环境,ECS在为细胞输送物质的同时,又能保障神经元静息电位的稳定和动作电位的发生,与大脑的基本功能如突触传递,记忆,睡眠和疾病的过程等息息相关。本文着重介绍了ECS的基本生物物理特性,综述了利用电化学和成像方法开展体积分数和迂曲度研究的主要进展,并阐述了ECS在生理和病理过程中的变化规律。