基于高稳定性分子探针的脑内化学物质的在体电化学分析

张治慧，张立敏

（华东师范大学化学与分子工程学院，上海200241）

随着人口老龄化程度的加剧，国际社会对于神经退行性疾病的关注日益增多。从活体动物层次对脑内的化学物质进行研究，是获悉脑功能及脑疾病相关分子机制的重要研究手段。而电化学分析方法，因其高时空分辨、实时、在体等特点，在活体分析中具有不可替代的优势。然而，脑环境复杂、干扰众多。针对这一关键问题，基于生物识别元素，如特异性酶等的传感策略得到了广泛的发展。然而酶型的生物传感脱离了生理环境，易发生失活，难以实现脑中化学物质的长期监测。近期，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，华东师范大学田阳课题组设计并合成了新型有机分子二苯基膦酸-2-萘酚酯（ND）作为O2·-的特异性识别探针。同时，选用亚甲基蓝分子（MB）作为内参比，与ND分子通过π-π堆积作用共修饰于碳纳米管修饰的碳纤维电极表面，成功构筑了非酶型O2·-的比率型电化学传感[1]。该传感具有高选择性，对O2·-在2~200 μmol/L内呈现良好的线性，且检测限低至0.52 μmol/L。基于该传感，成功实现了正常鼠和糖尿病鼠不同脑区、不同缺血时间下O2·-的在体分析。结果表明：相比于正常鼠缺血，糖尿病鼠脑中O2·-浓度升高更为显著，这表明糖尿病鼠在脑缺血下可能会遭受更严重的氧化损伤。进而，针对经典的Au-S键在含有大量巯基化合物的活体分析时界面组装不稳定的弊端，他们系统解析了基于Au-S、Au-Se和Au-C≡C组装方式的识别分子对于响应界面性能的影响，率先构建了基于金炔键微纳尺度的长时程稳定探针阵列[2]。以高稳定性的Au-C≡C为尾端键合基团，具有内过氧键的1,2,4-三氧戊环化合物为Fe2+化学响应基团，电化学活性的二茂铁（Fc）为电信号输出基团，设计并合成了Fe2+特异性识别探针，并结合内参比分子DNA-MB，构建了比率型的Fe2+电化学传感器。该传感器具有高选择性、高稳定性，对0.2~120 μmol/L浓度范围内的Fe2+呈现良好线性关系。基于此，他们成功实现了缺血MCAO小鼠和阿尔兹海默症（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。该研究不但为高稳定性活体分析界面的构筑提供了新的解决方案，相关研究结果也为AD疾病的发病机制提供了理论基础。相关研究发表于化学期刊Anal.Chem.及Angew.Chem.Int.Ed.上。

图1 基于金炔键的Fe2+探针的活体电化学分析示意图