脑神经化学过程的研究一直是分析化学、生命科学和脑神经生理学领域最热点和最前沿的研究课题之一,对脑神经现象过程中的化学物质进行实时定量监测和分析一直是科学家殚精竭虑研究和解决的重大问题,因为在脑神经过程中的信息传递或者在各种生理和病理过程中,都有相关的化学物质的参与。为了了解脑神经过程中生物分子的作用,对这些物质进行活体、实时、动态分析是了解神经活动的基本过程、研究脑功能和脑神经系统的生理过程以及调查很多重大神经系统疾病的发病机制和病理过程的前提和基础。因此,发展高灵敏的、高选择性的新型活体在线分析方法,实现脑内生理活性化学物质的有效检测,将为从分子层次上认识和研究脑神经过程中的化学本质提供可能。微透析活体取样-在线化学检测方法由于具有保持了大脑的完整性、对大脑的损伤较小、选择性好、分析步骤简便易行、近实时的时间分辨和可以连续检测脑神经活动中的化学物质的动态变化等优点,在脑神经化学的研究中具有独特的优势。本论文针对活体在线-化学分析方法研究中存在的瓶颈问题,基于光、电化学基本原理和生物化学传感技术,提出并建立了重要生理活性物质包括葡萄糖、镁离子和过氧化氢等的活体在线化学分析新原理和新方法,取得了良好的检测效果。具体工作可以概括如下：一、基于调控介体电位的活体在线电化学分析：通过设计并合成了基于咪唑类聚阳离子,其不但可以很好的分散碳纳米管,而且与铁氰化钾具有强烈的相互作用。这种相互作用不但可以将铁氰化钾固定在电极表面,而且可以导致铁氰化钾的式电位负移0.10V至0.16V (vs. Ag/AgCl),这个电位可以避开常规电化学生理小分子的干扰,从而实现了基于酶的底物的选择性测定。我们以葡萄糖为例,通过在电极表面修饰葡萄糖氧化酶,成功实现了豚鼠脑内葡萄糖的选择性活体在线测定。该工作为研究基于相互作用研制新型传感器奠定了基础。二、鼠脑内镁离子的活体比色法检测：利用1,4-二硫苏糖醇(DTT)和镁离子之间的强螯合作用,建立了鼠脑内镁离子简单但高选择性的活体比色检测的新方法。该方法通过用DTT和半胱氨酸(Cys)合理的修饰金纳米粒子(Au-NPs),在镁离子加入溶液后,可以高选择性的使得Au-NPs聚集,从而引起宏观上颜色从酒红色到蓝紫色的变化。一方面,由于Cys的加入,从而避免了加入DTT引起的Au-NPs的自聚集。另一方面,在Au-NPs表面修饰上DTT,它可以与镁离子之间发生强螯合作用,所以可以有效的高选择性检测镁离子。而且,除了钙离子外,鼠脑内共存的其他物质对检测结果没有明显的影响。我们加入乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA)为钙离子选择性的掩蔽剂,从而消除了钙离子的干扰。该方法简单有效,通过结合微透析技术,可以实现鼠脑内镁离子生理水平值的测定。本研究为与镁离子相关的生理病理的研究提供了新的有效方法。三、鼠脑内过氧化氢的比率型荧光检测：利用量子点优越的光学性质的优势,设计并构建检测过氧化氢浓度的量子点比率型荧光探针。选择两种不同颜色的量子点,分别包埋在氧化硅内部和共价连接在氧化硅表面,构筑出双发射量子点比率型荧光探针。该探针内部的发红光量子点的荧光并不受到干扰,但其外部的量子点可以通过与过氧化氢发生荧光共振能量转移而发生荧光淬灭,选择性地检测过氧化氢。随过氧化氢量的变化,两个发射峰的强度比值也发生变化,并伴随着荧光颜色由黄绿色到红色的转变,从而可以检测鼠脑中过氧化氢的含量。