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

丘脑底核(STN)深部脑刺激(DBS)已成为帕金森病的重要外科治疗手段,然而其确切的作用机理尚不明确.本研究采用微机电系统(MEMS)技术制备了一种16通道植入式微电极阵列(MEA),在MEA表面修饰了铂黑-还原氧化石墨烯-Nafion膜(Pt/RGO/Nafion)纳米材料,用于同步检测麻醉大鼠脑内纹状体神经元在STN电刺激前后多巴胺(DA)含量和动作电位(Spike)发放变化.STN-DBS结果表明,电刺激20 s后,DA含量开始升高,最高达1.72 μmol/L,较高浓度状态保持约50 s后回落至正常水平.与此同时, 检测到在DA上升阶段中间神经元Spike发放活动增强,在保持高于DA正常浓度水平阶段,中等多棘神经元(MSNs)放电频率增加.本研究制备的微电极阵列传感器能够实现脑内多巴胺和电生理的原位实时检测,有望成为神经信息检测的有力工具.     

基于双模检测仪器的大鼠神经放电和神经化学信号同步检测研究

研制了一种可同步检测神经电生理和化学信号的双模检测仪,并应用此仪器开展了双模同步检测实验。此仪器具有0.3μV电压分辨率的64通道神经电生理检测功能、pA级电流精度的4通道电化学检测功能,具备动作电位分离分类、计时电流法、循环伏安法等常用的检测功能,并且能实现对双模神经信号的同步观测和分析。在采用此仪器开展的单模实验中,完整地检测到了64通道的模拟神经信号,结合微电极阵列获得了信噪比( S/N)为6的神经动作电位发放;采用循环伏安法,获得了铁氰化钾在溶液浓度0.1~10 mmol/L范围内与电流响应的线性相关系数为0.9889;同时,采用计时电流法获得了抗坏血酸在溶液浓度10~800μmol/L 范围内与电流响应的线性相关系数为0.9841。结合大鼠脑缺血模型开展了双模检测实验,在该模型中成功地同步检测到了神经动作电位发放和抗坏血酸浓度变化引起的电流变化,并发现大鼠大脑初级感觉皮层抗坏血酸浓度与动作电位发放呈一定负相关关系。     

基于氧化还原聚合物固定双酶的谷氨酸传感器的研究

在塑料基片上制备了金薄膜的两电极系统的生物传感器.集成化的Ag|AgCl参比电极采用丝网印刷在薄膜电极上.以聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDGE)为交联剂,将辣根过氧化酶(HRP)和谷氨酸氧化酶(GLOD)固定到聚乙烯吡啶与2,2'-双吡啶锇形成的氧化还原复合物中,滴在电极表面形成传感器的工作电极.实验结果表明,该生物传感器在谷氨酸溶液的浓度为1.0×10-6～4.0×10-4 mol/L的范围内,具有很好的线性关系(r=0.9998,n=9),灵敏度为37.5 mA(mol/L)-1cm-2;谷氨酸检出限为1.0×10-6 mol/L;传感器响应时间为10 s且有良好的一致性和稳定性,使用一个月后仍能保持其初始活性的90%.该传感器可以用于食品工业中的谷氨酸的快速检测和在线监测等.     

高灵敏度化学发光磁酶免疫法检测人绒毛膜促性腺激素

将磁性微粒与抗体的偶联,通过优化偶联条件提高了偶联效率,制备了高灵敏度的磁微粒生物探针;采用3-(2-螺旋金刚烷)-4-甲氧基-4-(3-邻氧酰苯基)-1,2-二氧杂环丁烷(AMPPD)--碱性磷酸酶(ALP)化学发光体系,建立了化学发光磁酶免疫检测方法;对检测方法进行了优化和改进,提高了系统的灵敏度和检测速度,并对HCG样品进行相关检测.结果表明,HCG浓度在0.15～150 IU/L范围内,光强随HCG浓度增大而增加,两者之间线性关系良好,相关系数r为0.960;检出限可达0.15 IU/L; 相对标准偏差(RSD)小于5%; 检测总时间少于1 h.本方法可以应用于其它免疫分子的检测,在临床免疫检测方面具有广阔的应用前景.     

基于纳米铂黑修饰的快速检测用乳酸生物传感器研究

制备了一种可用于运动员血清样品乳酸快速检测的L-乳酸传感器.这种便携式平面电化学生物传感器采用金薄膜两电极系统;先后修饰纳米铂黑粒子层和铁氰化钾媒介体.铂黑纳米粒子沉积于金电极表面以提高传感器的灵敏度和稳定性,然后将乳酸氧化酶(LOD, E.C.1.1.3.2)和相关试剂固定在工作电极表面,铁氰化钾作为媒介体用以提高电极表面电子传递能力,并将工作电压降低为0.2 V.通过优化铂黑颗粒的沉积、乳酸氧化酶的浓度、铁氰化钾的浓度、添加剂的成分和浓度等条件,将传感器的检测范围扩展至1～20 mmol/L乳酸,检测灵敏度提高到1.43 μA·L/mmol,检测时间为50 s.生物传感器的批间r为0.0549;生物传感器经室温储存1年后仍可保持90%的活性.这种传感器成功地用于无稀释乳酸血清样品的快速检测,结合便携式检测仪(YT 2005-1 乳酸测试仪)将在快速诊断领域具有很好的应用前景.     

磁纳米探针检测人绒毛膜促性腺激素

采用链霉亲和素包被磁纳米粒子,将生物素标记的特异性抗体偶联在磁纳米粒子上,制备出高特异性的磁纳米探针;利用此探针对人绒毛膜促性腺激素(HCG)进行测定,建立了定量检测蛋白类激素的化学发光分析方法.利用紫外可见分光光度计、透射电镜及动态光散射仪对磁纳米探针进行表征,同时对化学发光实验条件进行优化.在2×10~(-4) mol/L鲁米诺、8×10~(-4) mol/L H_2O_2, pH=13的优化条件下,将磁纳米探针用于HCG的定量检测.结果表明,所测发光强度与待测HCG浓度之间线性相关,相关系数r为0.9924,线性检测范围由常规板式ELISA的5～200 μg/L扩展到0.5～250 μg/L;相对标准偏差为3.82%.采用本方法和常规ELISA法同时对34份人血清标本HCG进行测试,两者相关性良好.利用制备的磁纳米探针定量测定微量蛋白类激素,具有灵敏、高效、快捷、检测范围宽等优点,有望应用于其它微量蛋白的检测.     

用于在体神经递质检测的可佩戴式无线电化学检测仪

为了实现对微弱神经递质信号的在体实时检测,设计并实现了一种无线电化学检测仪器。系统硬件以低功耗微控制器MSP430为主控制器,包括了微弱电流检测模块、波形产生模块以及数据收发模块,具有尺寸小(2.3 cm×1.8 cm×0.6 cm),功耗低的特点。基于u C/OS操作系统设计了系统的下位机程序,结合上位机软件实现了检测数据的实时显示与分析。针对神经递质的实际检测需求,系统集成了计时电流法与快速循环伏安法两种电化学检测分析方法。利用快速循环伏安法对不同浓度的多巴胺标准溶液进行了测试,在浓度范围5.0×10#7~7.0×10#5mol/L内,系统检测的响应电流与多巴胺浓度之间线性相关系数R=0.99。在此基础上,开展了大鼠在体多巴胺检测的实验,并成功检测到大鼠尾状壳核脑区的电诱发多巴胺释放信号。实验结果表明,此仪器具有检测灵敏度高的优点,能够实现对大脑内神经递质信号的定性及定量分析,在神经科学研究领域具有广阔的应用前景。     

纳米TiN修饰平面微电极阵列在神经信息双模检测中的应用

采用氮化钛(TiN)修饰平面微电极阵列(pMEA),对其性能进行改进,开展了离体神经电生理和神经递质电化学的检测研究。采用磁控溅射法在实验室自制微电极阵列上修饰具有纳米结构的TiN材料,修饰后的微电极阻抗降低近一个数量级,背景噪声基线降至±6μV,信噪比是修饰前的1.7倍。在SD大鼠离体脑片神经电生理信号检测中,信噪比可达10∶1,能分离提取±12μV的微弱信号。神经递质多巴胺电化学信号检测下限达50 nmol/L(信噪比2∶1),浓度在0.05~100μmol/L内与电流响应的线性相关系数为0.998。实验结果表明,在微电极表面修饰纳米TiN,降低了微电极阻抗,提高了信噪比,实现了对神经信息微弱信号的检测。     

快速检测细菌总数的便携式生物荧光传感器

细菌数与细菌中三磷酸腺苷(ATP)含量成比例,可通过生物荧光法检测细菌中ATP含量,间接获得细菌总数.研制了一种便携式生物荧光传感器,可依次进行细菌ATP的提取和检测,最终实现对细菌总数的快速检测.以十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)作为细菌ATP提取剂,当CTMAB浓度为5 mmol/L、提取时间2 min、中和剂浓度为5 mmol/L时,ATP提取效率最高.在优化的实验条件下,传感器响应光强与细菌总数线性相关,线性范围58～5.89×10.7 cfu/mL,相关系数达0.979.传感器检测结果与传统方法吻合,线性相关系数为0.873,满足现场使用要求.从加样到ATP提取到最后获得检测结果所需总时间小于5 min.所研制的传感器具有操作简单、易于携带、成本低,适用于食品卫生质量控制、环境检测等领域的细菌总数现场检测.     

基于生物发光的高灵敏度三磷酸腺苷检测研究

在微生物检测和食品安全控制中需要对低浓度的三磷酸腺苷(ATP)做出快速准确的测定,基于ATP光学反应原理,设计了一种微量光学反应池,结合萤火虫素-萤火虫素酶发光技术,构建了一种用于现场检测的高灵敏度ATP光学传感器系统.传感器响应波长为550 nm,ATP生物发光反应适宜pH为7.8,在优化实验条件下,发光强度和ATP浓度在对数坐标下呈线性相关,检出限可达1×10-16 mol/L ATP,检测样品仅需30 μL,测量时间60 s.这种检测方法具有响应范围宽,测试简便,快速可靠等特点,适用于ATP现场快速检测,具有很好的应用前景.