多巴胺(DA)是一种广泛存在于中枢神经系统的儿茶酚类神经递质，在神经、心血管、肾脏系统以及调节各种生理活动中起重要作用。神经递质DA储存于突触小泡中，当多巴胺能神经元受到刺激时，以胞吐形式释放DA，并作用于细胞膜表面的多巴胺受体靶细胞，进而传递细胞间信号，调节相应的生理功能。这种神经递质对维持大脑正常活动与功能有重要意义，其水平异常与帕金森氏症、精神分裂症以及多动症等多种神经功能障碍有直接关系，因此，快速检测脑内DA水平对生物医学诊断具有重要意义。
　　近几十年来，场效应晶体管(FET)生物传感器因其灵敏度高，特异性好、成本低、免标记、易于集成和微型化等众多特点被视为最具发展潜力的生物传感器之一。尤其是纳米材料发展后，具有高比表面积、化学稳定性、生物相容性和环境友好性的纳米材料，如：硅纳米线、碳纳米管、石墨烯、二硫化钼等广泛应用于FET传感器，显著提高了生物传感器的稳定性和灵敏度、减少了分析时间、放大了检测信号。虽然已有报道超灵敏的FET生物传感器实时监测细胞释放的DA，检测限低至10pM。但目前FET生物传感器多为平面芯片型，尺寸较大难以用于活体实时检测，而实时在体监测脑内DA分子的动态对于疾病发病机理以及治疗愈后监测研究具有重要意义，基于此目的，本文首次构建针型FET生物传感器，将其应用于DA的免标记、高灵敏检测，并进一步应用于鼠脑多巴胺的活体检测，弥补FET传感器在活体检测这部分的空白。具体开展的工作如下：
　　第一部分：石墨烯针型场效应晶体管生物传感器的构建
　　选择无毒廉价且易于刺入肌体的医用针灸针作为传感器的基底，利用真空气相沉积和电镀技术在针灸针表面多次镀膜，形成Parylene-Au-Parylene三层膜包裹针灸针表面的结构。使用微电极坡口机将加工后的针尖磨出光滑截面，即可见针尖截面由内到外依次为不锈钢-Parylene层-Au层-Parylene层，其中不锈钢与Au层作为FET器件的源极与漏极，夹在二者之间的Parylene层为绝缘沟道。利用化学还原法制备还原氧化石墨烯(RGO)，随后将RGO滴涂于针尖截面上，连接源、漏电极形成导电沟道，即可完成针型RGO-FET的制备。随后对此针型FET器件进行一系列的电学测试，展现了石墨烯特征的双极性曲线以及针型RGO-FET良好的栅控性能。
　　为了评估传感器对电荷变化的响应，进行溶液pH值的检测，结果显示对溶液中氢离子有良好的响应，灵敏度为37mV/pH。随后，将人工合成的谷氨酸受体修饰在传感界面的RGO沟道上，当溶液中存在谷氨酸时，谷氨酸受体可特异性捕获谷氨酸，谷氨酸自身所带负电荷对沟道产生N型掺杂，从而引起狄拉克点(Dirac Point)向左偏移，产生对谷氨酸特异性的响应。实验结果证明本文所构建的针型RGO-FET具有良好的电学性能，通过在表面修饰特异的生物识别分子，可以成功制备对靶标产生电学响应的针型生物传感器。
　　第二部分：针型RGO-FET生物传感器实时监测鼠脑多巴胺动态水平
　　本章基于上文制备的针型RGO-FET器件，构建了可对DA产生特异性响应的DA传感器，并成功应用于活体检测，实时监测鼠脑DA动态水平。本文通过连接剂1-芘丁酸N-羟基琥珀酰亚胺酯(PASE)将可与DA特异性结合的氨基化适配体(aptamer)修饰在RGO沟道表面。当缓冲液中存在DA时，aptamer可与DA发生特异性结合并发生构象变化，通过电荷转移对RGO沟道产生N型掺杂导致电流下降，进而对DA进行传感。实验结果显示，即使存在其他神经递质干扰的情况下，传感器依然对DA保持良好的选择性。传感器在1nM~10μM的浓度范围内对DA有良好的线性响应，检测限低至1nM。
　　随后将传感器置于鼠脑中DA丰富的区域—纹状体，进行活体实时检测。使用高钾刺激剂促进神经细胞释放DA，结果显示传感器对释放的DA产生了明显的电学响应。此外，进一步使用药物诺米芬辛和匹莫齐特调节大鼠脑内DA的释放水平，再用针型传感器进行检测。诺米芬辛可通过抑制DA转运提高细胞外液中DA的浓度水平，而匹莫齐特的拮抗作用可抑制DA囊泡的产生与释放，从而减少DA的释放。测试结果显示诺米芬辛组的电流变化明显大于生理对照组，而匹莫齐特组的电流变化小于生理变化组，说明传感器足够灵敏，可以区别药物对DA释放的调节。由于DA释放异常与帕金森症有直接关系，本文进一步制备帕金森大鼠模型，利用传感器进行活体检测，实时监测高钾刺激下纹状体释放DA所产生电学响应并与正常大鼠进行比较。帕金森模型大鼠的多巴胺能神经系统被神经毒素6-羟基多巴胺损坏，合成释放DA的能力减弱，因此在活体检测中，帕金森模型组测得的电学信号明显低于正常对照组，与理论相符。以上实验结果证实本文以针灸针为基底成功制备了针型FET生物传感器，并且可以应用于活体实时监测脑内DA的动态水平变化，为活体实时检测提供了一种新方法。