脑神经化学活体原位电化学分析研究进展
发布时间:2021-03-06 07:37
脑科学已经成为多学科交叉研究的前沿领域之一,其中脑神经化学的研究由于能够揭示脑活动和脑疾病过程中的物质基础,在神经科学和化学等领域引起了高度关注。电化学分析方法具有高灵敏度、高时空分辨、电极/溶液界面可设计等特点,尤其适用于在活体动物层次开展脑神经化学的分析研究。本文围绕活体原位电化学分析方法的原理和特点,综述了近年来电化学分析方法在脑神经化学研究中的应用,并对其未来的发展前景进行了展望。
【文章来源】:分析化学. 2019,47(10)北大核心
【文章页数】:12 页
【部分图文】:
脑内原位电化学检测装置示意图;(B)使用碳糊电极记录麻醉鼠脑尾状核的循环伏安图[2]Fig.1(A)Apparatusforvoltammetricmeasurementsinthebrain;(B)Cyclicvoltammogramatcarbonpasts
纹状体脑区电化学活性神经化学物质的原位分析,记录到的DPV曲线如图2B所示。通过干预实验对比,最终将记录到的儿茶酚电流信号归属为DOPAC。此后,DPV方法逐渐被应用于电活性神经化学物质的多组分同时分析[24~26]。图2(A)脑活体原位DPV分析电极示意图[22];(B)体外实验和大鼠纹状体脑区原位记录的DPV图[23]Fig.2(A)Three-electrodeconfigurationemployedforDPV[22];(B)DPVsfrominvitroexperimentsandfromtheneostriatumofanaesthetizedrats(invivo)[23]DPV方法不仅可实现具有电化学活性神经化学物质的直接分析,也可利用非电化学活性物质与电极修饰材料间的相互作用,实现部分电化学活性较差的神经分子的间接检测。Chai等[27]使用无铜衍生的超氧化物歧化酶(E2Zn2SOD)作为生物识别元件,利用其与Cu2+的特异性相互作用,构筑了用于Cu2+检测的电极界面,利用DPV法实现了活体原位Cu2+的检测,方法灵敏、可靠。Zhao等[28]合成了一种二茂铁吡啶衍生物(N-(6-aminopyridin-2-yl)ferrocene,Fc-Py),利用吡啶作为质子响应单元,二茂铁作为电化学响应单元,通过DPV方法实现了pH值的活体原位分析。2.1.2FSCVFSCV是一种具有高时间分辨率的电势扫描伏安法。以碳纤维微电极作为研究电极,并以一定频率施加大于100V/s扫速的三角波进行循环伏安分析,可达到毫秒级的时间分辨率[29]。在FSCV分析中,随着电位扫描速度的增加,电化学反应动力学较慢的物质将表现得更不可逆,其氧化还原峰偏移程度大于电化学反应速度较快的电活性物质,从而?
componentregression,PCR)应用于多种物质变化的复杂体系下FSCV结果的定量分析。他们发现,多巴胺的FSCV波形与不同pH值造成的FSCV波形变化有明显差异,如图3A和3B所示。采用主成分回归方法可将FSCV波形中多巴胺的氧化还原波形和pH值造成的波形变化进行有效地区分,并逐渐发展出多巴胺和pH值双组分同时测定的方法[4,38]。随后,Heien等[39]利用该方法研究了可卡因对尾状核脑区多巴胺释放的调控,以及该过程中的pH值变化(图3C)。图3FSCV用于同时检测多巴胺和pH变化;(A)不同浓度多巴胺的FSCV波形;(B)不同pH条件引起的FSCV波形变化[4];(C)SD大鼠电刺激多巴胺释放过程FSCV二维图以及该过程中多巴胺和pH值的变化结果[39];(D)使用主成分回归分析得到的多巴胺和pH的变化结果[39]Fig.3SimultaneousmeasurementofdopamineandpHchangesusingFSCV:(A)FSCVofdifferentconcentrationsofdopamine(DA);(B)FSCVwithpHchange[4];(C)ColorrepresentationofvoltammogramsobtainedduringelectricalstimulationofdopaminergicneuronsandthechangesinDAconcentrationandpHgeneratedbyprincipalcomponentregression[39];(D)ThechangesinDAconcentrationandpHgeneratedbyprincipalcomponentregression[39]在FSCV分析时,主成分回归方法虽然可用于解决多种神经化学物质的区分和定量问题,但由于双电层变化导致的背景电流漂移却无法通过主成分回归消除。为了使主成分回归算法计算结果真实有效,FSCV方法应用于活体分析的持?
【参考文献】:
期刊论文
[1]扩散性抑制及缺血过程中Ca2+与谷氨酸的同时在体电化学分析[J]. 赵凡,施国跃,田阳. 分析化学. 2019(03)
[2]基于离子通道的电化学传感技术研究进展[J]. 姜晓晶,梁荣宁,秦伟. 分析化学. 2018(09)
[3]基于MnO2纳米线-还原石墨烯复合修饰电极的多巴胺电化学检测[J]. 贺全国,梁静,李广利,邓培红,刘军,刘晓鹏. 分析化学. 2018(03)
[4]微纳电极阵列检测丘脑底核电刺激引起的纹状体神经元活动变化[J]. 杨丽丽,宋轶琳,徐声伟,张禹,肖桂花,张松,高飞,李子岳,蔡新霞. 分析化学. 2017(07)
[5]应用于神经通路研究的微机电系统探针与低功耗低噪声单集成芯片系统[J]. 孙建辉,蔡新霞,刘军涛,王春兴,李登旺,陈泽源,程传福,汪金辉,胡冬梅. 分析化学. 2017(04)
[6]电流型电化学遥测系统的研制与应用[J]. 李晓钢,郭彬乾,秦泰春,郝洁,于萍,毛兰群. 分析化学. 2016(09)
[7]电位型传感器嵌入式遥测系统的研制[J]. 秦泰春,李晓钢,郝洁,于萍,毛兰群. 分析化学. 2015(03)
[8]单壁碳纳米管修饰电极的抗污染性能研究及其用于五羟色胺检测[J]. 程寒,兰嘉峰,韦光汉,黄卫华,程介克. 分析化学. 2013(04)
本文编号:3066693
【文章来源】:分析化学. 2019,47(10)北大核心
【文章页数】:12 页
【部分图文】:
脑内原位电化学检测装置示意图;(B)使用碳糊电极记录麻醉鼠脑尾状核的循环伏安图[2]Fig.1(A)Apparatusforvoltammetricmeasurementsinthebrain;(B)Cyclicvoltammogramatcarbonpasts
纹状体脑区电化学活性神经化学物质的原位分析,记录到的DPV曲线如图2B所示。通过干预实验对比,最终将记录到的儿茶酚电流信号归属为DOPAC。此后,DPV方法逐渐被应用于电活性神经化学物质的多组分同时分析[24~26]。图2(A)脑活体原位DPV分析电极示意图[22];(B)体外实验和大鼠纹状体脑区原位记录的DPV图[23]Fig.2(A)Three-electrodeconfigurationemployedforDPV[22];(B)DPVsfrominvitroexperimentsandfromtheneostriatumofanaesthetizedrats(invivo)[23]DPV方法不仅可实现具有电化学活性神经化学物质的直接分析,也可利用非电化学活性物质与电极修饰材料间的相互作用,实现部分电化学活性较差的神经分子的间接检测。Chai等[27]使用无铜衍生的超氧化物歧化酶(E2Zn2SOD)作为生物识别元件,利用其与Cu2+的特异性相互作用,构筑了用于Cu2+检测的电极界面,利用DPV法实现了活体原位Cu2+的检测,方法灵敏、可靠。Zhao等[28]合成了一种二茂铁吡啶衍生物(N-(6-aminopyridin-2-yl)ferrocene,Fc-Py),利用吡啶作为质子响应单元,二茂铁作为电化学响应单元,通过DPV方法实现了pH值的活体原位分析。2.1.2FSCVFSCV是一种具有高时间分辨率的电势扫描伏安法。以碳纤维微电极作为研究电极,并以一定频率施加大于100V/s扫速的三角波进行循环伏安分析,可达到毫秒级的时间分辨率[29]。在FSCV分析中,随着电位扫描速度的增加,电化学反应动力学较慢的物质将表现得更不可逆,其氧化还原峰偏移程度大于电化学反应速度较快的电活性物质,从而?
componentregression,PCR)应用于多种物质变化的复杂体系下FSCV结果的定量分析。他们发现,多巴胺的FSCV波形与不同pH值造成的FSCV波形变化有明显差异,如图3A和3B所示。采用主成分回归方法可将FSCV波形中多巴胺的氧化还原波形和pH值造成的波形变化进行有效地区分,并逐渐发展出多巴胺和pH值双组分同时测定的方法[4,38]。随后,Heien等[39]利用该方法研究了可卡因对尾状核脑区多巴胺释放的调控,以及该过程中的pH值变化(图3C)。图3FSCV用于同时检测多巴胺和pH变化;(A)不同浓度多巴胺的FSCV波形;(B)不同pH条件引起的FSCV波形变化[4];(C)SD大鼠电刺激多巴胺释放过程FSCV二维图以及该过程中多巴胺和pH值的变化结果[39];(D)使用主成分回归分析得到的多巴胺和pH的变化结果[39]Fig.3SimultaneousmeasurementofdopamineandpHchangesusingFSCV:(A)FSCVofdifferentconcentrationsofdopamine(DA);(B)FSCVwithpHchange[4];(C)ColorrepresentationofvoltammogramsobtainedduringelectricalstimulationofdopaminergicneuronsandthechangesinDAconcentrationandpHgeneratedbyprincipalcomponentregression[39];(D)ThechangesinDAconcentrationandpHgeneratedbyprincipalcomponentregression[39]在FSCV分析时,主成分回归方法虽然可用于解决多种神经化学物质的区分和定量问题,但由于双电层变化导致的背景电流漂移却无法通过主成分回归消除。为了使主成分回归算法计算结果真实有效,FSCV方法应用于活体分析的持?
【参考文献】:
期刊论文
[1]扩散性抑制及缺血过程中Ca2+与谷氨酸的同时在体电化学分析[J]. 赵凡,施国跃,田阳. 分析化学. 2019(03)
[2]基于离子通道的电化学传感技术研究进展[J]. 姜晓晶,梁荣宁,秦伟. 分析化学. 2018(09)
[3]基于MnO2纳米线-还原石墨烯复合修饰电极的多巴胺电化学检测[J]. 贺全国,梁静,李广利,邓培红,刘军,刘晓鹏. 分析化学. 2018(03)
[4]微纳电极阵列检测丘脑底核电刺激引起的纹状体神经元活动变化[J]. 杨丽丽,宋轶琳,徐声伟,张禹,肖桂花,张松,高飞,李子岳,蔡新霞. 分析化学. 2017(07)
[5]应用于神经通路研究的微机电系统探针与低功耗低噪声单集成芯片系统[J]. 孙建辉,蔡新霞,刘军涛,王春兴,李登旺,陈泽源,程传福,汪金辉,胡冬梅. 分析化学. 2017(04)
[6]电流型电化学遥测系统的研制与应用[J]. 李晓钢,郭彬乾,秦泰春,郝洁,于萍,毛兰群. 分析化学. 2016(09)
[7]电位型传感器嵌入式遥测系统的研制[J]. 秦泰春,李晓钢,郝洁,于萍,毛兰群. 分析化学. 2015(03)
[8]单壁碳纳米管修饰电极的抗污染性能研究及其用于五羟色胺检测[J]. 程寒,兰嘉峰,韦光汉,黄卫华,程介克. 分析化学. 2013(04)
本文编号:3066693
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