神经元囊泡是一种装载和储存神经递质的细胞器,其与突触前膜融合以胞吐模式将递质释放至突触间隙。因此囊泡的活动（如递质的装载、囊泡膜融合等）直接调节递质释放量,进而影响神经系统功能。在中枢神经系统中,谷氨酸是一种主要的兴奋性神经递质,其在囊泡内含量、胞吐释放量以及相应的释放比例对于突触可塑性以及学习、记忆机制的形成至关重要。研究表明在神经退行性疾病-阿尔兹海默症（AD）中,Aβ1-42寡聚体引起细胞外谷氨酸含量升高,从而导致“谷氨酸中毒”,但在单细胞甚至单囊泡水平,Aβ1-42寡聚体影响谷氨酸含量及其胞吐的过程与机制尚不明确。因此,囊泡谷氨酸含量及其胞吐过程的原位、实时、定量监测对于神经系统生理和病理机制研究具有重要意义。超微电极电化学方法具有时空分辨率高、灵敏度高等优势,在信号分子的胞吐定量监测、胞吐过程动力学研究以及囊泡内神经化学分子的定量检测中发挥了重要作用。谷氨酸是一种非电活性信号分子,需通过酶促反应将其转化为电活性信号分子如过氧化氢等,从而实现其电化学检测。然而,受尺寸限制,在微、纳米电极界面进行可控功能化修饰以实现神经元囊泡谷氨酸含量及其胞吐的定量检测,仍然面临重要挑战。为此,我们通过在碳纤维微米电极与纳米线电极表面共价交联谷氨酸氧化酶（Glu Ox）,制备了微、纳米谷氨酸电化学传感器,实现了神经元囊泡内谷氨酸含量、胞吐释放量及其释放比例的原位监测。并通过定量监测淀粉样蛋白Aβ1-42寡聚体对囊泡谷氨酸含量及其释放的影响,探究了其在阿尔兹海默症（AD）发生发展过程中的作用机制。具体内容如下:（1）为在单细胞水平探究Aβ1-42寡聚体对神经元谷氨酸胞吐释放的影响,我们将Glu Ox共价交联到铂纳米颗粒修饰的碳纤维电极表面,制备了谷氨酸微电化学传感器,并采用Aβ1-42寡聚体孵育原代海马神经元,构建了AD不同时期对应的细胞模型。利用该传感器,实现了海马神经元曲张体谷氨酸胞吐释放的实时动态监测,结果发现:在AD细胞模型早期(Aβ1-42寡聚体孵育细胞30 min)谷氨酸胞吐量增加,AD细胞模型晚期(Aβ1-42寡聚体孵育细胞300 min)谷氨酸胞吐量下降。结果表明在AD发生发展过程中,Aβ1-42寡聚体直接影响海马神经元囊泡谷氨酸的胞吐过程。（2）我们将Glu Ox共价交联到铂纳米颗粒修饰的单根SiC@C纳米线电极表面,制备了谷氨酸纳米线传感器。将纳米线传感器插入到单个海马神经元曲张体内部,首次实现了神经元囊泡内谷氨酸含量的原位定量监测,将其与谷氨酸胞吐释放量进行比较,获取了谷氨酸释放比例定量数据。结果发现在正常状态下海马神经元囊泡谷氨酸平均释放量仅占其总量的30%～50%;当神经元经过谷氨酰胺和锌离子（神经活动调节剂）孵育后,囊泡谷氨酸含量和释放量均发生显著变化,其释放比例分别为29%和71%。这些结果表明该传感器有望成为神经元囊泡谷氨酸含量原位监测及其调控机制研究的重要工具。（3）采用谷氨酸纳米线传感器,我们定量监测了AD细胞模型不同时期囊泡谷氨酸含量及其胞吐释放量的变化,在单囊泡水平探究了Aβ1-42寡聚体引起谷氨酸胞吐释放紊乱的主要原因。结果发现与谷氨酸释放的变化趋势一致,囊泡谷氨酸含量也存在“早期增加晚期下降”的现象,但其胞吐释放比例逐渐增加。进一步通过细胞和分子生物学方法,发现在AD模型早期,Aβ1-42寡聚体通过上调Ⅰ型囊泡谷氨酸转运体（VGLUT1）在囊泡膜表面的表达,促进囊泡内谷氨酸装载,进而增加囊泡谷氨酸含量及其释放量;同时,Aβ1-42寡聚体可能通过上调Vti1a蛋白的表达,提高神经元囊泡谷氨酸自发释放频率,导致AD晚期囊泡内谷氨酸含量及其释放量逐渐降低。综上,我们发展了新型微纳米谷氨酸电化学传感器,实现了囊泡谷氨酸含量及其释放的原位定量监测,进一步结合细胞和分子生物学方法,研究了正常生理和病理条件下囊泡谷氨酸含量及其胞吐的调控过程及机制。这些研究结果不仅为深入理解谷氨酸的生理功能提供了重要参考,同时也为AD的致病机制研究以及治疗药物研发提供了新思路。