本研究报道了用铂纳米颗粒和Nafion修饰的掺硼金刚石微电极的制备及其在小鼠结肠体外检测NO的应用。铂纳米颗粒沉积采用2.0 mmol L-1六氯铂酸钾溶液，在0.01 V s-1的条件下，从−0.2 V到1.3 V vs Ag/AgCl循环10个循环。将Nafion覆盖层浸泡在含有2.5%(w/v)胶体Nafion的溶液中，在55°C的潮湿环境中干燥一夜。

根据生物介质中电化学检测NO的主要干扰物亚硝酸盐(NO2-)氧化对电极的响应以及亚硝酸盐(NO2-)氧化的抑制，选择了最佳微电极制备条件。检测指标为灵敏度为16.7±2.7 mA M-1 cm-2(n=3个电极)，检出限为0.5μmol L-1(S/n=3)，电极响应重现性为2.5%(RSD)。


采用电刺激和连续安培法测量野生型雄性和雌性小鼠在不断增加的电刺激下肌肠神经节中NO的释放，以研究结肠中的氮信号。还提供了关于使用光遗传学选择性地使用蓝光刺激刺激氮性肌内神经元的初步数据，目的是了解抑制性神经肌肉信号是如何参与控制肠道运动的肌内丛电路的。


掺硼金刚石(BDD)对电化学分析领域产生了重大影响，因为它具有许多突出的特性，包括(i)低而稳定的背景电流，通常不依赖于ph值，由于表面相对缺乏可电离的碳氧官能团，(ii)稳定的薄膜形态和微观结构，(iii)抗分子吸附和生物污染，以及(iv)相对快速的电子转移动力学在水中的多个氧化还原体系。


有机、离子液体电解质介质。BDD在神经化学分析领域有很大的用途，被证明是外周和中枢神经系统体外和体内测量的合适材料。研究小组已经证明，BDD微电极在体外为控制大鼠动脉和静脉的交感神经释放的去甲肾上腺素和豚鼠、大鼠和小鼠小肠和结肠的粘膜和肌肠丛释放的血清素和一氧化氮提供了可重复的、稳定的和足够敏感的氧化电流响应。使用BDD微电极稳定检测肠道中释放的血清素的能力值得注意，因为这种氧化还原系统是臭名昭著的碳电极生物污物。

图1。Nafion/Pt/BDD微电极传感器设计原理图。在蚀刻的76μm直径的铂线上覆盖一层掺杂硼的纳米晶金刚石(右上)，用铂纳米颗粒电沉积(10个循环)(右中)，用胶态Nafion溶液(2.5 w/v%)浸涂(右下)。


在本论文中，扩展了BDD微电极在神经分析化学中的应用，并报道了它们在体外测量小鼠结肠肌肠神经节释放一氧化氮(NO)的应用。众所周知，一氧化氮是一种高活性有毒气体，在空气中迅速反应生成氮氧化物。然而，在生物系统中，NO在细胞代谢中起着重要的作用，并与许多生理过程有关，包括血压控制、血管张力调节、神经传导、支气管扩张、抗菌和抗肿瘤过程以及学习和记忆。NO检测是多年来的研究课题，已经使用了许多分析技术，如光谱学、化学发光、色谱、电泳和电化学方法。电化学技术，特别是那些使用微电极传感器直接电化学检测NO的技术，为检测体外和体内释放位点附近的瞬态浓度变化提供了足够的时空分辨率。


通过在BDD微电极设计中加入铂等贵金属，并实现透选择性聚合物，可以提高电化学NO检测的灵敏度和选择性。采用铂纳米颗粒对传感器进行修饰是因为其对NO氧化的适度电催化作用和对许多化合物的抗中毒性。采用选择性渗透性Nafion离聚体对改性BDD衬底进行包覆。Nafion骨架上的磺酸基使聚合物具有酸性特性，使得质子很容易通过聚合物薄膜运输，同时静电排斥带负电荷的物种。这有效地阻止了干扰物，如亚硝酸盐和硝酸盐到达电极表面，这些干扰物是NO代谢产生的稳定副产物。这些物种在电化学NO检测中可能存在问题，因为它们会在重复产生NO后积聚在溶液中，这也是为什么亚硝酸盐和硝酸盐的测量经常被用作NO释放的间接测量。


本文描述了用铂纳米颗粒和Nafion层修饰的BDD微电极(Nafion/Pt/BDD)的制备和表征，该电极对NO氧化具有选择性和敏感性，并将这些传感器应用于体外测量小鼠结肠肌肠神经节电刺激释放NO。最后，我们回顾了利用光遗传学和选择性激发氮神经元在转基因小鼠模型中诱发NO检测的初步数据。