活体脑分析意义重大且充满挑战。大脑作为人体的最高级神经中枢,内含各类神经递质、活性氧、氨基酸、离子及酶等物质,这些物质的异常会导致连锁反应,对大脑细胞和组织造成损伤,并可能诱发重大疾病,比如阿尔茨海默症、帕金森症、抑郁症等。然而由于缺少合适的工具对相关的物质进行原位、实时监测,目前许多疾病的具体致病机理仍不明确。电化学原位检测技术具有高灵敏度、高时空分辨率等优点,被广泛应用于活体脑内相关物质的实时分析。因此,基于微型电极的活体脑电化学分析一直是在分子基础了解生命系统和揭示生理、病理的重要手段。然而大脑内部微环境复杂,富含与待测物相似的各类物质及生物硫醇,且神经细胞自发活性极易受外来信号尤其是电信号的干扰,这些因素都可能导致传感器的检测误差及对神经元的扰动。本论文针对传感器在活体脑应用中遇到的挑战,提出了以下解决思路:（一）设计合成靶标分子的识别探针,利用探针修饰的传感器对相关物质进行特异性检测,提高传感器的选择性。（二）针对活体内高浓度的生物硫醇对Au-S键构建的传感器干扰,通过末端乙炔基在Au表面的自组装,设计构建基于Au-C≡C界面的传感器,以避免活体环境中生物硫醇的干扰,提高传感器的稳定性。（三）针对伏安法对脑内神经元自发电信号的干扰,发展光电化学传感器,光激发而电输出,不外加电信号对靶标物进行检测,以避免电信号对脑内神经的干扰。基于以上策略,研究工作内容如下:（1）通过末端乙炔基在Au表面的自组装,发展了基于Au-C≡C界面的电化学传感器。与Au-S-C自组装界面构建的传感器相比,该传感器展现出优异的电化学性能和出色的稳定性,包括更大的电流、更负的势电位、更快的电子传输速度及出色的抗硫醇干扰能力。在此基础上,引入设计合成的Fe2+特异性电化学识别探针和DNA-MB内参比分子,构建了高选择性比率型Fe2+电化学传感器。该传感器展现出高准确度和高选择性,对0.2-120μM浓度范围内的Fe2+响应良好并被成功应用于MCAO小鼠和AD小鼠脑内Fe2+的实时监测和准确定量。研究表明,MCAO小鼠和AD小鼠海马、皮层和纹状体脑区的Fe2+与正常小鼠相比均有不同程度升高。通过将该传感器与荧光等方法相结合,研究发现,AD模型小鼠脑内环腺苷酸对Fe2+进入细胞有调控作用。该研究为AD疾病的发病机制提供了理论基础。（2）利用Au-C≡C界面,进一步将根据单胺氧化酶A（MAO-A）抑制剂结构设计合成的MAO-A探针与DNA-MB内参比分子共修饰到电极表面,构建了高选择性比率型MAO-A电化学传感器。该传感器准确度高,当MAO-A活性在0.6-40 m U m L-1范围时,jp/jpR值与MAO-A活性呈现良好的线性关系,检测限为120μU m L-1。该传感器被成功用于正常小鼠（C57）和AD小鼠（APP/PS1）脑内单胺氧化酶的活性测定。研究发现,与正常小鼠相比,AD模型小鼠皮层和丘脑MAO-A活性分别增加了127±7%和178±10%。借此工具,MAO-A被发现可以通过瞬时受体电位M2通道（TPRM2）调控细胞内Ca2+的浓度,该研究在分子层面为AD发病机制的研究提供了新依据。（3）发展了无需外加电场的传感器,该传感器利用Au NRs等离子共振效应成功实现了对活体鼠脑中化学信号的光电分析,既避免了外加电场对神经元自发活性的干扰,也为大脑中化学信号和电信号的同时获取提供了新策略。首先,合成了最大吸收波长为785 nm的金纳米棒（Au NRs）,将其修饰到锐钛矿型的Ti O2纳米管阵列表面后,Au NRs在785 nm的光激发下产生SPR效应,其光生电子转移到Ti O2的导带,其表面ONOO-探针中的电子与光生空穴中和并阻止了Au NRs光生电子与空穴的复合,从而形成电流,通过建立光电流大小与ONOO-浓度的关系,开发了基于SPR效应对ONOO-进行光电分析的方法。当ONOO-浓度为10 n M-60μM时,微传感器光电流与ONOO-浓度具有良好的线性关系。最终,该传感器表现出高准确度、高稳定性、高选择性以及高重现性,被成功用于急性高血压模型小鼠脑部皮层ONOO-浓度的检测。研究表明,正常小鼠相比,急性高血压模型小鼠皮层ONOO-提高了89.6%。该研究利用Au NRs等离子共振效应将光电化学传感器的激发波长拓宽至近红外区,首次实现了活体鼠脑中化学物质的光电分析,为脑中化学信号和电信号双模信号的同时获取提供了新方法。