细胞膜修饰钨基集成pH微传感器的研制及其在脑活体研究中的应用

发布时间：2020-07-04 23:07

【摘要】：脑科学电化学分析的研究是当今生命分析化学研究的前沿领域之一。pH值是病理生理学中的一个重要参数。近年来生物体活动中pH值的变化对大脑正常活动的影响,越来越受到科学家的关注。然而,目前报道的pH传感器生物相容性差、在脑活体检测受到限制。因此,研制能应用于脑活体pH值实时检测的pH检测器件和方法具有重要的科学意义和应用价值观。本论文提出进行“细胞膜修饰钨基集成pH微传感器的研制及其在脑活体研究中的应用”研究课题,旨在建立适用于脑活体中检测pH值的新器件和新方法,采用细胞膜修饰传感器方法以解决动物大脑的排异性问题,从而提高传感器的生物相容性;采用集成pH微传感器以解决组织损伤;所研制的集成pH微传感器在大鼠脑活体中的应用研究以提供脑缺血状态下pH值的信息。本论文研究工作是在国家自然科学基金委重大研究计划项目“功能化碳纤维微传感器脑活体神经递质分子检测方法研究”(No.21328501)的资助下完成的。本论文共由两部分组成,即引言部分和研究工作报告部分。引言部分简要概述了脑活体研究意义及研究概况,pH传感器中的通用型pH传感器和脑活体pH传感器的研究进展,细胞膜的结构与功能及其分析应用;最后阐述了本论文的研究目的和研究内容。研究工作报告包括第二章和第三章。第二章为细胞膜修饰钨基集成pH微传感器的研究。本工作提出并设计了细胞膜修饰钨基集成pH微传感器。利用金属钨内阻小的优点,将直径微米级的钨丝作为制作传感器的基础电极,与Ag/AgCl微参比电极集成,然后将细胞膜修饰于钨基集成pH微传感器的表面,即制成细胞膜修饰钨基集成pH微传感器。研究了粘结剂种类和浓度、细胞膜用量、细胞膜修饰时间等对集成pH微传感器响应灵敏度和响应时间的影响;单独对所制备的细胞膜修饰钨基pH微传感器进行了SEM表征、XPS表征、能谱表征和电化学阻抗表征;考察了细胞膜修饰钨基集成pH微传感器的响应灵敏度、重现性、温度系数、响应时间、保存寿命及抗干扰性等性能。研究结果表明,所制备的细胞膜修饰钨基集成pH微传感器在pH范围为6.10-7.70时线性较好,响应灵敏度在-54.5 ± 0.1 mV/pH,响应时间为15 s左右,测量的响应灵敏度的相对标准偏差为0.2%,故重现性较好。在30天保存期内,其信号变化在5%之内。第三章为集成pH微传感器在大鼠脑活体研究中的应用。将所研制的细胞膜修饰钨基集成pH微传感器分别植入大鼠大脑的三个脑区:左纹状体(AP=0 mm,L=2.5 mm,V=7.0 mm),背侧海马(AP= 5.0 mm,L=5.0 mm,V=2.5 mm),大脑皮层(AP=0.2mm,L=5.6mm,V=3.0mm)进行pH值的在线测量。采用两次标准曲线法对脑活体检测前后pH值进行校正。实验结果表明,大鼠由正常状态变化到脑缺血状态后,测得左纹状体、背侧海马和大脑皮层这三个脑区pH值的平均变化值(ApH,n=3)分别为0.34pH、0.44pH和0.00pH。这一结果与文献报道值相近,说明在缺血状态下,研制的细胞膜修饰钨基集成pH微传感器能够较好地用于活体实验pH值测量。接着对大脑组织进行连续切片、HE染色和GFAP荧光染色,由HE染色结果可知,修饰红细胞膜的细胞膜修饰钨基集成pH微传感器对大脑造成的损伤比未修饰红细胞膜的钨基集成pH微传感器小,说明采用细胞膜修饰法后,传感器的生物相容性得到提高。本研究给应用于脑科学的传感器设计提供指导。
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318;O657.1
【图文】：

神经化学,突触,大脑,物质

逑１．１．２脑活体研究方法进展逡逑脑科学目前在突触、细胞、脑切片及活体组织这四个水平均有探宄（图１－２）。逡逑相比于其他三个水平，活体组织水平采用了活体探宄的方法，该方法有以下几个逡逑优点：（１）保证了大脑的完整性；（２）活体方法对大脑的损伤较小；（３）得到逡逑的化学信息较精准。这说明，脑活体的研宄是可以应用于处于正常运作的生物体逡逑大脑。目前科研上有入侵式及非入侵两种活体探宄方法。其中非侵入有核共振成逡逑像、正电子发射断层扫描、脑荧光成像技术等；这种方法所用的探针比较特殊，逡逑不同于一般的试剂材料。同时，其能检测出的物质种类不多，需要检测的仪器要逡逑求为大型的，价格也不菲；侵入式方法包括活体取样法［３—７］和活体原位法［８＿１２］等（图逡逑１－３）。与非侵入式方法相比，其特点是具有更好地化学特异性，能直接在作用部逡逑位取样且采用的仪器设备简单，能用于正常活动的动物体内采集信号。这种分析逡逑方法与行为学相关

原位分析,活体,检测方法,方法

【参考文献】