新型復(fù)合納米材料的電催化行為研究及其在活體分析中的應(yīng)用

于妍妍，谷 慧，劉曉倩，周天舒，施國躍*

（1.華東師范大學(xué)化學(xué)系，上海200062）

（2.華東師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)系，上海200062）

神經(jīng)元之間通過神經(jīng)遞質(zhì)傳遞信息來控制感知覺、運(yùn)動、學(xué)習(xí)、情緒等大腦功能，許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病如帕金森、阿爾茨海默、精神分裂等都是由于神經(jīng)遞質(zhì)紊亂導(dǎo)致信息傳遞紊亂所引起的[1]，因此，對神經(jīng)系統(tǒng)奧秘的探索也是當(dāng)前生命科學(xué)界最重要的研究課題之一。其中，如何實(shí)現(xiàn)對神經(jīng)遞質(zhì)傳導(dǎo)過程的動態(tài)、快速表達(dá)及分子間相互作用信號的可控、實(shí)時(shí)、連續(xù)和準(zhǔn)確的獲取，成為目前生命科學(xué)和分析化學(xué)等學(xué)科的研究熱點(diǎn)。

微滲析取樣技術(shù)是將灌流取樣和滲析技術(shù)結(jié)合起來逐漸完善的一種新型生物采樣技術(shù)，可以同時(shí)在處于麻醉和活動狀態(tài)下動物模型中不同器官特別是腦部進(jìn)行，目前已經(jīng)成為研究腦神經(jīng)化學(xué)特別是神經(jīng)遞質(zhì)檢測的重要研究工具之一[2]。通過與高效液相色譜、毛細(xì)管電泳等分離分析技術(shù)的有效結(jié)合，微滲析技術(shù)活體采樣系統(tǒng)迅速發(fā)展成為生物化學(xué)研究中一個(gè)引人注目的新領(lǐng)域。由于其在神經(jīng)科學(xué)、藥物動力學(xué)、生物行為科學(xué)及藥物開發(fā)等領(lǐng)域的獨(dú)特作用，因此逐漸受到生物醫(yī)學(xué)界和分析化學(xué)界的關(guān)注。

該文課題組利用生物酶的高度特異性和電子媒介體的電子傳導(dǎo)作用，對動物模型腦區(qū)內(nèi)谷氨酸、乙酰膽堿等重要神經(jīng)遞質(zhì)進(jìn)行了高選擇性、高靈敏度的在體連續(xù)測定。研制開發(fā)了具有良好導(dǎo)電性和穩(wěn)定性的納米Au、Pt及各種碳材料為基底的新型酶傳感器，并與微滲析活體取樣技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建用于多種神經(jīng)遞質(zhì)水平評價(jià)的原位、活體、在線、持續(xù)、多通道和高通量的取樣、分析系統(tǒng)，并開展了對神經(jīng)遞質(zhì)傳導(dǎo)機(jī)制的活體、系統(tǒng)性研究，實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科之間的交叉。

1 主要結(jié)果與討論

1.1 PAMAM/Pt復(fù)合材料用于對大鼠腦內(nèi)谷氨酸的在線檢測

PAMAM是一種樹枝狀高分子聚合物，呈三維有序結(jié)構(gòu)，具有高度的對稱性和單分散性；表面含有大量的官能團(tuán)，可以對其表面進(jìn)行修飾使其功能化；其分子內(nèi)部含有空腔，可以用來包埋分子。以PAMAM為穩(wěn)定劑，采用化學(xué)還原的方法制備了PAMAM/Pt復(fù)合納米材料，并將其用于大鼠紋狀體內(nèi)谷氨酸的在線檢測當(dāng)中。

圖1A是PAMAM/Pt復(fù)合納米材料的TEM表征。Pt納米顆粒的粒徑為3～10 nm。圖1B是大鼠紋狀體內(nèi)谷氨酸的在線檢測。經(jīng)計(jì)算得出該區(qū)域內(nèi)谷氨酸的含量為（3.88±0.12） μmol/L(mean ±s.d.,n=3),與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道相符[3]。

圖1 (A)PAMAM/Pt復(fù)合納米材料的TEM表征；(B)大鼠紋狀體內(nèi)谷氨酸的在線檢測

1.2 功能化離子液體的設(shè)計(jì)及在大鼠腦內(nèi)谷氨酸在線檢測方面的應(yīng)用

離子液體(IL)作為一種新興的綠色溶劑，具有較寬的電位窗、優(yōu)良的導(dǎo)電性以及較好的熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，可作為一種新型的穩(wěn)定劑，有效地防止金屬納米粒子的團(tuán)聚[4]。設(shè)計(jì)了九種含有不同功能化基團(tuán)的IL，并原位沉積了九種形貌粒徑各異的Au/Pt合金。通過電鏡和電化學(xué)等分析手段比較并分析了九種功能化IL在調(diào)控Au/Pt納米顆粒形貌及尺寸大小方面所起的作用及在電催化性質(zhì)上的差異，如圖2所示。在以上優(yōu)化選擇離子液體的基礎(chǔ)上，構(gòu)筑了良好的谷氨酸傳感器件并對大鼠紋狀體內(nèi)谷氨酸的正常含量及腹腔注射KCl以及對STN腦區(qū)的電刺激后所引起的谷氨酸水平的變化進(jìn)行了實(shí)時(shí)在線測定，如圖3所示。

圖2 [C3(OH)2mim][Cl]-Au/Pt（A）,[C3(OH)mim][Cl]-Au/Pt(B)的 SEM 圖;（C）和（D）分別是其對應(yīng)的線性伏安圖；(a)空白PBS(0.1 mol/L,pH7.4)，(b)0.5 mmol/L H2O2;SEM中的標(biāo)尺為100 nm

圖3 腹腔注射KCl（100 mmol/L）(A)及電刺激STN區(qū)（B）所引起的大鼠紋狀體內(nèi)谷氨酸含量變化的在線監(jiān)測

1.3 石墨烯/TiO2/Pd復(fù)合材料的制備及可控性電催化行為的研究

該文的工作首次以還原石墨烯為載體，通過控制還原劑TiCl3的加入量，進(jìn)而控制TiO2在石墨烯層上的形貌及粒徑分布。在紫外光激發(fā)下，該復(fù)合材料能夠還原得到粒徑可控的Pd納米顆粒(如圖4所示)，從而實(shí)現(xiàn)了對某些底物的可控電化學(xué)行為的研究(如圖5所示)[5]。

圖4 石墨烯(A)及五種石墨烯/ T i O 2 / P d 復(fù)合納米材料的T E M 表征

圖5 五種石墨烯/TiO2/Pd復(fù)合納米材料修飾電極對H2O2電催化行為的比較

（略）