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脑神经化学过程的研究已经引起了广泛的关注，因为脑内信息传递以及与脑神经相关的各种生理和病理过程无不具有化学物质的参与。现有研究脑神经化学过程的方法主要是通过利用组织匀浆或者微透析活体采样并结合色谱(电泳等)分离分析来完成的。由于这两个过程均涉及到样品的收集和分离，故可能会导致某些化学稳定性较差的物种不能够被准确定量。另外，这些方法从动物取样到样品检测都需要较长时间，时间分辨率较低。针对以上方法学上的不足，本论文开展了活体在线电化学分析新方法的研究。针对这一研究中存在的瓶颈问题，本论文利用纳米材料优良的电化学和电分析化学性能，并结合分子生物学的原理和方法以及活体微透析技术，提出并建立了多种生理活性物质(如葡萄糖/乳酸、多巴胺和乙酰胆碱)的活体在线电化学分析新方法，并探讨了部分方法在生理和病理研究中的应用。具体工作可以概括如下：
1)利用酶功能化的磁性纳米粒子构筑了催化性能好、稳定、易更新的磁性酶柱微反应器，基于此，建立了多巴胺和乙酰胆碱的在线电化学分析新方法。基于漆酶对多巴胺的催化氧化和多巴胺分子内成环的原理，通过固定有漆酶的磁性酶柱微反应器将多巴胺最终转化5，6-双羟基吲哚啉醌，利用此醌在-0.3 V电位下电化学还原的性质建立了多巴胺在线测定体系；通过固定有胆碱氧化酶和过氧化氢酶的磁性酶柱微反应器，成功地排除了生理浓度的胆碱对乙酰胆碱测定的干扰，实现了乙酰胆碱的选择性在线电化学测定。两种在线方法都具有良好的稳定性、重现性和选择性，并能够用于脑透析液中相应分析物的连续检测。本研究对于脑神经生理和病理过程中脑内多巴胺和乙酰胆碱的连续在线检测具有一定的意义。
2)针对如何实现在线电化学分析体系中电化学检测器高度选择性的关键问题，本工作使用“人工模拟酶”(普鲁士蓝，PB)代替“天然酶”(辣根过氧化物酶，HRP)作为过氧化氢电化学还原的催化剂，实现了基于氧化酶的在线系统的高度选择性。结合微透析技术，提出并建立了葡萄糖和乳酸的同时在线电化学分析新方法。该方法具有良好的选择性、稳定性和重现性，易于操作，更容易为生理学家和病理学家所接受用于实际生理和病理过程中脑能量代谢的研究。大鼠在自由活体状态下实验结果表明，正常状态下大鼠纹状体透析液中的葡萄糖和乳酸的浓度分别为200±30μM和400±50μM(n=3)。本方法可推广至其他种类的氧化酶，发展新的在线电分析化学方法来探索其他更多的脑神经化学过程。
3)在前一个工作的基础上，并针对已有的葡萄糖和乳酸在线分析体系中存在的检测器响应受到氧气浓度和pH值影响的问题，提出并建立了一种基于脱氢酶的适用于脑缺血过程中葡萄糖和乳酸在线测定的电化学分析方法。通过使用基于脱氢酶的传感器作为葡萄糖和乳酸的检测器，从而避免了传感器对氧气的依赖性。通过使用另一流路，调节脑缺血/再灌注过程中脑透析液pH值的变化，以保证传感器的工作环境具有稳定的pH值，同时另一流路还可用来运送合适浓度的辅酶NAD+和O2，以分别满足脱氢酶和抗坏血酸氧化酶的催化反应。与已有的葡萄糖和乳酸在线分析体系相比，该体系的响应不受脑缺血等生理病理过程中氧气浓度和pH值变化的影响，同时体系具有高度的选择性和稳定性。大鼠脑缺血/再灌注实验结果表明，全脑缺血20分钟后，透析液中葡萄糖的浓度明显降低，至原来基础水平的23.0±4.0％(n=3)；乳酸浓度明显升高，至原来基础水平的213.3±46.6％(n=3)。30分钟后进行再灌注，再灌注10分钟后，透析液中葡萄糖的浓度明显回升至原来基础水平的119.3±25.0％(n=3)；乳酸浓度明显回落至原来基础水平的106.0±23.0％(n=3)。利用该方法，我们研究并发现了丹参异丙酯(IDHP)对脑缺血过程中能量代谢紊乱的抑制作用。本研究为认识和了解脑缺血过程中的能量代谢提供了新的方法。