生物传感技术是生物学与电子信息技术相结合的产物,随着这两种技术的不断融合发展,其产物生物传感器具有制备方便、操作简便、体型小、成本低、快速灵敏检测标志物等众多优点,为基础医学研究及临床诊断提供了一种新型的检测方式,引起了医学界的高度重视。纳米材料因其具有优越的电化学性能、尺寸极小却具有大的比表面积以及较多的表面活性位点等特点被广泛的用于生物传感器的研制并制备出新型纳米生物传感器,这些纳米生物传感器已经被广泛的应用于各种生物分子检测、疾病诊断等相关领域的研究。实现活体内生物分子的高灵敏、无创检测一直是众多研究者不断努力的方向,但是目前大部分的传感器由于体积较大在实施活体检测过程中对肌体损伤较大。医用不锈钢针灸针具备有体积小、坚韧、无毒,且其细长的尖端易于刺入活体对机体造成的损伤小等特点,将针灸针作为电极基底结合纳米材料功能化可制备一种新型微针传感器,相信这种微针传感器将会在活体内生物分子的实时检测领域发挥重要作用。本文构建了金纳米管和碳纳米管功能化的电化学微针生物传感器,实现了对大鼠脑蓝斑核区释放的去甲肾上腺素变化的高灵敏度检测。选用传统针灸针作为微针传感基底,通过一系列化学合成法将金纳米管(AuNTs)和聚多巴胺(PDA)沉积在电极表面,然后运用电化学沉积的方法在针灸针的基底上修饰多壁碳纳米管(CNTs)构建纳米微针传感器,应用该微针传感器实施对大脑蓝斑核区释放的去甲肾上腺素进行实时的电流检测。本课题具体研究内容主要为以下两个部分:第一部分:微针传感器的构建及其对去甲肾上腺素和pH的检测去甲肾上腺素作为体内重要的神经递质,其含量的变化与疾病的发生发展密切相关,当体内去甲肾上腺素含量代谢紊乱时会导致体内内分泌系统紊乱和神经组织退化性疾病等各种疾病的发生,因此准确且快速地检测活体内去甲肾上腺素的含量变化对于阐明其在细胞生理学中的作用机制和进一步探索在临床应用中都具有重要意义。体内氢离子浓度能及时反映酸碱度的变化,酸碱紊乱会导致许多心血管、神经系统性疾病的发生,因此实时监测机体酸碱中毒的病理过程具有非常重要意义。本研究制备的PDA/CNTs/AuNTs功能化的微针传感器将为去甲肾上腺素代谢紊乱导致的相关疾病以及活体pH变化的检测与诊断提供一种新方法。该方法以传统不锈钢针作为电极基底,使用一系列化学合成的方法先将金纳米管以及聚多巴胺沉积在电极表面,然后通过电化学沉积的方法对针体的传感部位分别进行多壁碳纳米管的电化学修饰,构建PDA/CNTs/AuNTs功能化的微针传感器,用扫描电镜图像对电极表面形貌进行一系列表征,以及采用电化学循环伏安法(CV)考察每一步修饰后电极的电化学性能。实验结果表明,PDA/CNTs/AuNTs功能化的针灸传感针与裸电极或者CNTs,AuNTs单一组分修饰的电极相比,对去甲肾上腺素催化氧化方面具有明显的优势,这是金纳米管和多壁碳纳米管叠加作用的结果。同时,该纳米传感针对去甲肾上腺素的检测有着良好的选择性与稳定性。将制备好的PDA/CNTs/AuNTs微针对不同浓度去甲肾上腺素溶液定量分析,在0.5~50μmol/L的范围内,去甲肾上腺素的氧化峰电流与其浓度呈现良好的线性关系,计算出检出限为0.25μmol/L,具有较高的灵敏度。氢离子浓度变化反映体内酸碱度的变化,基于聚多巴胺材料对氢离子具有良好的响应,本实验还考察了该电极对于溶液中氢离子的响应。采用不同pH值的磷酸盐缓冲液及血清溶液进行开路电位的检测,在pH值为3~9的范围内,随着溶液pH值的增加,相应的开路电位呈现负向增加,二者呈现良好的线性关系,并显示了该传感针对pH能斯特响应为50.7 mV/pH,具有较高的灵敏度。进一步采用开路电位-时间实时检测的方法考察该电极对氢离子变化的实时响应,随着溶液pH逐渐减小,电位逐渐增高,与开路电位结果一致。第二部分:微针传感器在体实时监测脑蓝斑核去甲肾上腺素变化蓝斑核是体内中枢神经系统中最重要的产生肾上腺素的系统,而蓝斑核-去甲肾上腺素系统通过发送弥散投射支配着人体的多项生理功能(比如学习和记忆,压力反应,心肌调控等),如果体内去甲肾上腺素代谢异常,会出现一系列病理情况,因此在活体内实时监测蓝斑核区去甲肾上腺素的含量是非常有意义的。本研究制备了一种能够直接用于检测活体蓝斑核内去甲肾上腺素变化的微针传感器,将在临床医学的实际应用中具有一定的发展前景。本实验首先对大鼠进行腹腔麻醉,然后使用脑立体定位仪准确定位鼠脑蓝斑核,然后将制备好的PDA/CNTs/AuNTs微针传感器插入到蓝斑核区,在高钾溶液刺激下,能实时监测大鼠蓝斑核内去甲肾上腺素的释放量。在此基础上,进一步探究肾上腺素能受体拮抗剂育亨宾以及肾上腺素能受体激动剂异丙肾上腺素对蓝斑核去甲肾上腺素分泌的影响。通过观察到响应的电流电压变化从而检测蓝斑核内去甲肾上腺素的改变。这一个实验证明了该PDA/CNTs/AuNTs微针电极可以实现活体实时检测去甲肾上腺素的变化。