【摘 要】
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电化学方法在易微型化、可原位、实时检测等方面具备优点,在分析化学领域中被广泛应用,是目前生物体活性物质分析检测常用的方法。但在生物体内实际检测时,一些待检测的活性物含量较低,且生物体内环境复杂,存在其他干扰活性物质。因此建立高选择性、高稳定性、高准确度以及灵敏度的活性物质分析的电化学方法仍具有巨大挑战。本论文就活体电化学分析研究中存在的问题,基于电化学基本原理和电化学传感技术,构建了生物体内重要生
【基金项目】
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国家自然科学基金项目,编号:21635003,21827814；
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电化学方法在易微型化、可原位、实时检测等方面具备优点,在分析化学领域中被广泛应用,是目前生物体活性物质分析检测常用的方法。但在生物体内实际检测时,一些待检测的活性物含量较低,且生物体内环境复杂,存在其他干扰活性物质。因此建立高选择性、高稳定性、高准确度以及灵敏度的活性物质分析的电化学方法仍具有巨大挑战。本论文就活体电化学分析研究中存在的问题,基于电化学基本原理和电化学传感技术,构建了生物体内重要生理活性分子的在体电化学分析新方法。设计并筛选特异性分子探针,以有机配体为识别单元和以核酸适配体DNA为识别基团,MB作为内参比,利用碳纤维电极作为载体,构建比率型电化学传感器,实现了超氧阴离子(O2·-)、五羟色胺（5-HT）的活体分析。主要研究内容如下:（一）针对传统酶型O2·-的电化学传感检测中存在酶易失活、选择性低和稳定性差的科学问题,我们设计并合成了新型有机探针二苯基膦酸-2-萘酚酯（ND）特异性识别O2·-,同时,选用MB分子作为内参比,以碳纤维电极（CFE）作为基底修饰单壁碳纳米管（SWCNT）,将ND与MB分子通过π-π堆积作用共修饰于SWCNT电极表面,成功构筑了非酶O2·-比率型电化学传感。首先,特异性识别有机配体ND与O2·-发生亲核取代反应,生成具有电化学信号的2-萘酚来实现电化学检测;其次,增加内参比分子MB构建为比率型传感器,减小因内外环境差异引起的误差。构筑的比率型电化学传感器在O2·-浓度为2-200μM有良好的线性,且检测限低至0.52μM。该传感具有高选择性,较宽的检测范围和较低的检测限,最后成功用于正常鼠和糖尿病鼠在不同脑区不同缺血时间下O2·-的在体分析。结果表明糖尿病鼠相比于正常鼠缺血,海马区、纹状体和皮层中O2·-浓度升高更为迅速,推测糖尿病鼠在脑缺血下可能遭受更严重的氧化损伤。（二）针对单胺类神经递质五羟色胺、多巴胺、肾上腺素、去甲肾上腺素等结构性质相似,难以实现脑中5-HT高选择性分析的关键问题,我们构建了基于核酸适配体识别的比率型电化学传感器。选用核酸适配体DNA(DNA（5-HT）,5’CTCTCGGGACGACTGGTAGGCAGATAGGGGAAGCTGTTCGATGCGTGGG TCGTCCC3’)作为5-HT的识别单元,连接在其5’端的二茂铁（Fc）为电活性基团提供电化学信号。将DNA-Fc(-C≡C-DNA（5-HT）-Fc)以及内参比分子MB(-C≡C-DNA（MB）-MB;DNA（MB）,5’GGCGCGATTTT3’)通过3’端的炔基共组装到镀金的碳纤维微电极表面,成功构建比率型电化学传感器。其中Fc-DNA（5-HT）与5-HT结合后,DNA单链结构发生折叠,5’端Fc基团逐渐靠近电极表面产生Fc电化学信号的增强,以此实现对5-HT高选择性的电化学分析。后续对传感器进行优化,增加了刚性分子4-噻吩-3-乙炔基苯甲醛（TB）作为修饰基底,将适配体DNA(NH2-DNA（5-HT）-Fc)以及MB(NH2-DNA（MB）-Fc)通过席夫碱反应连接到刚性分子上,增强了电极重现性以及检测的灵敏度。所构建的传感器具备高选择性、高灵敏度和良好生物兼容性,在5-HT浓度为0.1-100μM的范围内呈现良好的线性,检测限低至0.026μM,最后成功应用于剥夺睡眠条件下不同脑区（纹状体、海马和皮层）5-HT浓度的测量分析。结果表明5-HT浓度在不同脑区随着剥夺睡眠时间增长呈现下降趋势,其中海马区最为明显,在剥夺睡眠3天后,5-HT浓度降低了50%。
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