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***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。

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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。

***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。

***脑化学物质实时分析系统ECS的研究方法

ECS 的研究方法按测量方法可分为形貌测量法(电子显微镜)、电化学方法(电位法,伏安法和安培法),光学方法和磁共振成像法;按ECS中分子传递方式可分为扩散方法和电渗方法;按探针递送方式可分为直接注射法,离子导入法和压力导入法。本文以ECS两个主要生物物理参数(α和入)为测定对象,对ECS 的主要研究方法进行分类评述。