电化学传感器提供的大脑科学化学信息对于理解生理和病理过程中的大脑化学至关重要。一个主要的挑战是体内电化学传感器的选择性。


西安交通大学张东东开发了一种在碳纤维微电极（CFE）上进行适配体共价接枝的通用策略，用于体内多巴胺的选择性测定。通过氧化聚（单宁酸）（pTA）形成氧化态（pTAox），然后基于点击化学将多巴胺结合巯基适配体的亲核巯基分子与pTAox的醌部分偶联，实现CFE表面的界面功能化，提出了通用策略。提出的通用策略可以有效地将适配体接枝到玻碳电极上，并通过使用电活性6-（二茂铁基）己硫醇作为氧化还原报告子来验证这一点。建立了用自制的适体传感器测定多巴胺的电流法。适体传感器测定多巴胺的线性范围为0.2−20μM，灵敏度为0.09 nA/μM，检测限为88 nM（S/N=3）。相关工作以“Universal Covalent Grafting Strategy of an Aptamer on a Carbon Fiber Microelectrode for Selective Determination of Dopamine In Vivo”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。


研究要点


要点1.作者策略性地选择单宁酸（TA）作为点击化学反应的连接分子。一方面，TA是一种天然丰富且廉价的植物多酚，在生理pH下，通过聚合很容易被表面改性为聚（单宁酸）（pTA），但避免了聚多巴胺涂层的缺点，如高成本、碱性pH（pH 8.5）、配体定量干扰和光学性质改变。另一方面，pTA能够被进一步氧化，形成具有丰富活性醌位点的pTAox，其中巯基分子攻击苯环的α-碳原子形成C-S键，而pTAox被还原为pTA。


要点2.作者使用电活性6-（二茂铁基）己硫醇（FHT）作为氧化还原报告子，验证了在玻碳电极上固定策略的可行性。以单胺类神经递质多巴胺为模型靶标，通过循环伏安法和电化学阻抗谱对多巴胺结合巯基适体在CFE上的共价接枝过程（Apt-pTA/CFE）进行了表征。此外，还研究了所制备的适体传感器的灵敏度、选择性和稳定性。最后，通过电流法原位和实时探测活体大鼠纹状体中的多巴胺动力学。


这项工作表明，所提出的共价接枝固定化策略是有前景的，并可扩展到其他神经化学物质的体内分析。


研究图文

图1.Apt-pTA/CFE设计和体内测定多巴胺的示意图。

图2.GCE（黑色）、pTAox/GCE（红色）、FHT（5分钟）-pTA/GCE（蓝色）和FHT（30分钟）-pTA/GCE（绿色）在含有5 mM[Fe（CN）6]3−/4−（1:1）和0.1 M KCl的10 mM PB缓冲液（pH 7.40）中的典型伏安响应（a）和奈奎斯特图（b）。频率范围为0.1 Hz至100 kHz，振幅为25 mV。（c）GCE（黑色）、pTAox/GCE（红色）、FHT（5分钟）-pTA/GCE（蓝色）和FHT（30分钟）-pTA/GCE（绿色）在0.1 M HClO4中的伏安响应。（d）FHT（30分钟）-pTA/GCE在0.1 M HClO4中连续100次扫描的伏安响应。扫描速率：100 mV s−1。

图3.（a）CFE在1.0 mM TA水溶液中的典型伏安响应。CFE（黑色）、pTAox/CFE（红色）和Apt-pTA/CFE（蓝色）在含有5 mM[Fe（CN）6]3−/4−（1:1）和0.1 M KCl的10 mM PB缓冲液（pH 7.40）中的典型伏安响应（b）和奈奎斯特图（c）。频率范围为0.01 Hz至100 kHz，振幅为5 mV。（d）CFE（黑色）、pTAox/CFE（红色）和Apt-pTA/CFE（蓝色）在含2 mM[Ru（NH3）6]3+的氮饱和10 mM PB缓冲液（pH 7.40）中的典型伏安响应。扫描速率：50 mV s−1。

图4.裸CFE（a）、pTAox/CFE（b）和Apt-pTA/CFE（c）在含有（实线）或不含有（虚线）20μM DA的aCSF溶液中的CV；扫描速率：10 mV s−1。

图5.（a）Apt-pTA/CFE在将DA连续添加到aCSF中获得的电流响应，插图：电流强度作为DA浓度的函数的图。（b）Apt-pTA/CFE对连续添加DA、DOPAC、L-DOPA、UA、NE、EP、AA和DA的典型安培响应。（c）Apt-pTA/CFE和（d）CFE对aCSF中指示物的电流响应为5-25μM（AA为100-500μM）。归一化电流%=I/I25μM DA×100%；电势：+0.1 V vs Ag/AgCl。

图6.Apt-pTA/CFE（a）和CFE（b）在（黑色）和（红色）浸入含有10 mg mL−1 BSA的aCSF中1小时之前和之后对aCSF中DA的电流响应。归一化电流%=I/I25μM DA×100%。（c）体内DA传感的Apt-pTA/CFE的示意图。（d）在局部注射70 mM KCl期间纹状体中Apt-pTA/CFE的实时传感。电位：0.1 V vs Ag/AgCl。