新型复合纳米材料的电催化行为研究及其在活体分析中的应用

2011-06-26于妍妍刘晓倩周天舒施国跃

化学传感器 2011年4期

于妍妍，谷慧，刘晓倩，周天舒，施国跃*

（1.华东师范大学化学系，上海200062）

（2.华东师范大学环境科学系，上海200062）

神经元之间通过神经递质传递信息来控制感知觉、运动、学习、情绪等大脑功能，许多神经系统疾病如帕金森、阿尔茨海默、精神分裂等都是由于神经递质紊乱导致信息传递紊乱所引起的[1]，因此，对神经系统奥秘的探索也是当前生命科学界最重要的研究课题之一。其中，如何实现对神经递质传导过程的动态、快速表达及分子间相互作用信号的可控、实时、连续和准确的获取，成为目前生命科学和分析化学等学科的研究热点。

微渗析取样技术是将灌流取样和渗析技术结合起来逐渐完善的一种新型生物采样技术，可以同时在处于麻醉和活动状态下动物模型中不同器官特别是脑部进行，目前已经成为研究脑神经化学特别是神经递质检测的重要研究工具之一[2]。通过与高效液相色谱、毛细管电泳等分离分析技术的有效结合，微渗析技术活体采样系统迅速发展成为生物化学研究中一个引人注目的新领域。由于其在神经科学、药物动力学、生物行为科学及药物开发等领域的独特作用，因此逐渐受到生物医学界和分析化学界的关注。

该文课题组利用生物酶的高度特异性和电子媒介体的电子传导作用，对动物模型脑区内谷氨酸、乙酰胆碱等重要神经递质进行了高选择性、高灵敏度的在体连续测定。研制开发了具有良好导电性和稳定性的纳米Au、Pt及各种碳材料为基底的新型酶传感器，并与微渗析活体取样技术相结合，构建用于多种神经递质水平评价的原位、活体、在线、持续、多通道和高通量的取样、分析系统，并开展了对神经递质传导机制的活体、系统性研究，实现了多学科之间的交叉。

1 主要结果与讨论

1.1 PAMAM/Pt复合材料用于对大鼠脑内谷氨酸的在线检测

PAMAM是一种树枝状高分子聚合物，呈三维有序结构，具有高度的对称性和单分散性；表面含有大量的官能团，可以对其表面进行修饰使其功能化；其分子内部含有空腔，可以用来包埋分子。以PAMAM为稳定剂，采用化学还原的方法制备了PAMAM/Pt复合纳米材料，并将其用于大鼠纹状体内谷氨酸的在线检测当中。

图1A是PAMAM/Pt复合纳米材料的TEM表征。Pt纳米颗粒的粒径为3～10 nm。图1B是大鼠纹状体内谷氨酸的在线检测。经计算得出该区域内谷氨酸的含量为（3.88±0.12） μmol/L(mean ±s.d.,n=3),与相关文献报道相符[3]。

图1 (A)PAMAM/Pt复合纳米材料的TEM表征；(B)大鼠纹状体内谷氨酸的在线检测

1.2 功能化离子液体的设计及在大鼠脑内谷氨酸在线检测方面的应用

离子液体(IL)作为一种新兴的绿色溶剂，具有较宽的电位窗、优良的导电性以及较好的热稳定性等特点，可作为一种新型的稳定剂，有效地防止金属纳米粒子的团聚[4]。设计了九种含有不同功能化基团的IL，并原位沉积了九种形貌粒径各异的Au/Pt合金。通过电镜和电化学等分析手段比较并分析了九种功能化IL在调控Au/Pt纳米颗粒形貌及尺寸大小方面所起的作用及在电催化性质上的差异，如图2所示。在以上优化选择离子液体的基础上，构筑了良好的谷氨酸传感器件并对大鼠纹状体内谷氨酸的正常含量及腹腔注射KCl以及对STN脑区的电刺激后所引起的谷氨酸水平的变化进行了实时在线测定，如图3所示。