***脑化学物质实时分析系统

作为***,大脑是运动,感觉,情感等生命活动的中心。因此,脑科学的研究对于理解和认识各种***生理和病理过程的本质具有极其重要的意义。脑功能的***信号传递绝大多数需要多种***化学物质的共同参与,包括***递质(如***酚胺、谷氨酸,y-氨基丁酸,乙酰、***肽等)***调质(如抗坏血酸等),能量物质(如葡萄糖、乳酸、ATP等),离子(如H'.K* ,Na',Ca'*,CI等)以及其它重要的***分子(如H,O, ,H,S,NO等)[1.2]。因此,建立和发展新的分析化学的原理和方法,在层次实现脑化学的动态监测,将极大推动对脑功能和脑***分子机制的研究。

***脑化学物质实时分析系统代氧化酶型生物传感器

代氧化酶型生物传感器是利用О。作为氧化酶的电子受体,通过检测酶催化反应过程中H.0,的生成量,进而实现被测物浓度及其变化的传感分析。尽管目前大部分氧化酶型生物传感器是基于该原理研制而成,但是该类生物传感器仍面临诸多问题[*。一方面,0。作为酶催化反应的电子受体,其浓度随环境的波动将会影响传感器信号的稳定性;另一方面,H.0。的电化学氧化通常具有较高的过电位,而脑内共存的其它物种,如多巴胺及其代谢产物、抗坏血酸等,在此高电位下也能发生电化学氧化反应,进而干扰测定;虽然检测H0。的还原电流能够避免以上物质氧化的干扰,但由溶解氧电化学还原而产生的干扰仍是一个不可回避的问题。

***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***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。

***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***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***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(Fl***in mononucleotide , FMN)和铁-硫结合中心组成。