论文部分内容阅读
脑神经电分析化学的研究正在成为生命分析化学领域的热点课题之一。利用电化学分析方法来进行脑神经系统中神经递质、调质、能量代谢物质、自由基等重要生理活性物质的活体实时动态分析，在脑功能和各种脑疾病的生理和病理研究中正在发挥着重要的作用。其中，活体伏安法由于所使用的电极具有微米或纳米级尺寸，对于生物体的损伤较小，以及方法本身具有很高的时间和空间分辨率等特点，非常适合于脑内生理活性物质的活体实时原位检测。本论文利用新型纳米材料和技术，以脑内重要生理活性物质(抗坏血酸、氧气、过氧化氢和多巴胺)的活体伏安电化学分析为目标，开展了脑神经化学过程的电分析化学研究。具体工作可以概括如下：
1)利用阵列碳纳米管对抗坏血酸良好的电化学催化氧化性能，提出并建立了脑内抗坏血酸的活体伏安电化学分析新方法，并利用此方法测定了鼠脑中抗坏血酸的生理浓度以及活体实时监测了脑内抗坏血酸和谷氨酸的异向交换行为。所建立的方法具有很高的选择性和稳定性。活体实验结果表明，正常状态下鼠脑纹状体中的抗坏血酸浓度为0.21±0.01 mM(n=3)，而且当脑中微灌注谷氨酸时抗坏血酸会快速释放。该方法利用阵列碳纳米管在碳纤维上原位、稳定和均一的生长，提高了电极制备的重现性和可靠性。它将在研究生理病理过程中脑内抗坏血酸的变化规律和脑神经疾病的机理及治疗中具有重要的应用价值。
2)利用铂对于氧气四电子还原的电化学催化作用，提出并建立了基于铂颗粒沉积的阵列碳纳米管覆盖的碳纤维微电极测定鼠脑中氧气的活体伏安电化学分析新方法，并将该方法成功用于脑缺血再灌注过程中脑氧含量变化的实时监测。扫描电镜和电化学实验结果表明，采用循环伏安法沉积的铂颗粒在阵列碳纳米管覆盖的碳纤维微电极上分布均匀，相对于裸碳纤维微电极来说具有较大的表面覆盖量。同时，由于铂颗粒对于氧气发生四电子电化学还原具有优良的催化作用，该方法大大降低了氧气还原的过电位，提高了测定的选择性。活体实验结果表明，该方法在鼠脑中具有良好的稳定性以及对缺血再灌注过程中氧气变化的快速响应，有望应用于相关生理和病理的研究。
3)利用普鲁士蓝催化过氧化氢电化学还原的性能，提出并建立了基于普鲁士蓝颗粒修饰的阵列碳纳米管覆盖的碳纤维微电极测定过氧化氢的活体伏安电化学新方法。扫描电镜和电化学实验结果表明，采用循环伏安法沉积的普鲁士蓝颗粒在阵列碳纳米管覆盖的碳纤维微电极上分布均匀，相对于裸碳纤维微电极具有较大的覆盖量。同时，普鲁士蓝颗粒对于过氧化氢的电化学还原具有优良的催化作用。利用此性质该方法有望用于过氧化氢的活体实时监测。
4)利用碳纳米管良好的电化学性能和漆酶催化氧化多巴胺及其分子内成环反应，成功地建立了基于漆酶/碳纳米管电极选择性测定多巴胺的新方法。该方法利用漆酶将抗坏血酸和3，4-二羟基苯丙酸转化成为非电化学活性物种，并通过测定多巴胺的最终产物5，6-二羟基吲哚啉醌在较负电位下的还原电流，实现了在抗坏血酸和3，4-二羟基苯丙酸共存时多巴胺的选择性电化学分析。