大脑作为中枢神经系统中最重要的部分,其功能与不同化学物质的稳态密切相关,发展高效的活体脑分析方法对于理解大脑的生理功能和病理过程具有重要意义。目前用于活体脑分析的方法有诸多报道,这些方法主要分别用于细胞外或细胞内不同化学信号的收集。然而,大脑是一个复杂的整体,单独实现细胞外或细胞内化学信号的分析对于解析脑功能的分子机制具有极大的局限性。因此,发展活体细胞内外化学信号同时分析的方法,对于解析脑相关生理、病理过程的分子机制具有重要意义。针对活体脑细胞内外同时分析存在的关键科学问题,本论文主要开展了以下两方面工作:（一）针对目前用于细胞外化学物质分析的方法（电化学在体分析技术）需要施加额外电压的问题,设计构建了一种基于光纤的光电化学传感器,实现近红外光（785 nm）激发下活体细胞外多巴胺（DA）的高准确定量分析。该光电传感器由光纤（OF）、氧化铟锡（ITO）、二氧化钛纳米管（Ti O2）、硫化银纳米颗粒（Ag2S）和二茂铁标记DNA适配体（DNA-Fc）通过层层组装构筑,其中:OF作为传感器载体并用于激发光传输和光电信号收集、ITO用于增加光纤导电性、Ti O2和Ag2S用于光电信号转换、DNA-Fc用作电子给体和DA特异性识别配体。该传感器对DA具有显著的光电响应性能,光电流密度与DA浓度在1.00-500n M之间具有良好的线性关系,检测限可达0.30±0.018 n M。利用构建的传感器,研究发现抑郁症小鼠大脑皮层（S1BF）、纹状体（CPU）、海马区（CA1）、伏隔核（NAC）、腹侧被盖区（VTA）中DA浓度低于正常小鼠,其中CA1脑区降幅最大（～56.1%）。（二）针对目前活体脑分析方法无法实现细胞内外化学物质同时分析的难题,设计搭建了用于细胞内荧光信号和细胞外光电信号同时收集的活体光纤传感平台,该传感平台以光纤电极为核心,由激光器、空间光路、电化学工作站、光电检测器组成。在搭建活体光纤传感平台基础上,进一步结合已开发的光电传感器和DNA荧光纳米探针,实现了抑郁症小鼠五个脑区（S1BF、CPU、CA1、NAC、VTA）细胞外多巴胺、细胞内p H和Ca2+浓度的同时定量分析。研究发现抑郁症小鼠脑细胞内p H和Ca2+可通过酸敏感离子通道1a（ASIC1a）调节神经元分泌多巴胺。此外,研究还发现ASIC1a通道抑制剂可通过提高大脑细胞外DA含量以及降低细胞内Ca2+浓度、升高p H来实现抑郁症的治疗。