基于高穩(wěn)定性分子探針的腦內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的在體電化學(xué)分析

張治慧，張立敏

（華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，上海200241）

隨著人口老齡化程度的加劇，國(guó)際社會(huì)對(duì)于神經(jīng)退行性疾病的關(guān)注日益增多。從活體動(dòng)物層次對(duì)腦內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行研究，是獲悉腦功能及腦疾病相關(guān)分子機(jī)制的重要研究手段。而電化學(xué)分析方法，因其高時(shí)空分辨、實(shí)時(shí)、在體等特點(diǎn)，在活體分析中具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。然而，腦環(huán)境復(fù)雜、干擾眾多。針對(duì)這一關(guān)鍵問(wèn)題，基于生物識(shí)別元素，如特異性酶等的傳感策略得到了廣泛的發(fā)展。然而酶型的生物傳感脫離了生理環(huán)境，易發(fā)生失活，難以實(shí)現(xiàn)腦中化學(xué)物質(zhì)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。近期，針對(duì)傳統(tǒng)酶型O2·-的電化學(xué)傳感檢測(cè)中存在酶易失活、選擇性低和穩(wěn)定性差的科學(xué)問(wèn)題，華東師范大學(xué)田陽(yáng)課題組設(shè)計(jì)并合成了新型有機(jī)分子二苯基膦酸-2-萘酚酯（ND）作為O2·-的特異性識(shí)別探針。同時(shí)，選用亞甲基藍(lán)分子（MB）作為內(nèi)參比，與ND分子通過(guò)π-π堆積作用共修飾于碳納米管修飾的碳纖維電極表面，成功構(gòu)筑了非酶型O2·-的比率型電化學(xué)傳感[1]。該傳感具有高選擇性，對(duì)O2·-在2~200 μmol/L內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性，且檢測(cè)限低至0.52 μmol/L?；谠搨鞲校晒?shí)現(xiàn)了正常鼠和糖尿病鼠不同腦區(qū)、不同缺血時(shí)間下O2·-的在體分析。結(jié)果表明：相比于正常鼠缺血，糖尿病鼠腦中O2·-濃度升高更為顯著，這表明糖尿病鼠在腦缺血下可能會(huì)遭受更嚴(yán)重的氧化損傷。進(jìn)而，針對(duì)經(jīng)典的Au-S鍵在含有大量巰基化合物的活體分析時(shí)界面組裝不穩(wěn)定的弊端，他們系統(tǒng)解析了基于Au-S、Au-Se和Au-C≡C組裝方式的識(shí)別分子對(duì)于響應(yīng)界面性能的影響，率先構(gòu)建了基于金炔鍵微納尺度的長(zhǎng)時(shí)程穩(wěn)定探針陣列[2]。以高穩(wěn)定性的Au-C≡C為尾端鍵合基團(tuán)，具有內(nèi)過(guò)氧鍵的1,2,4-三氧戊環(huán)化合物為Fe2+化學(xué)響應(yīng)基團(tuán)，電化學(xué)活性的二茂鐵（Fc）為電信號(hào)輸出基團(tuán)，設(shè)計(jì)并合成了Fe2+特異性識(shí)別探針，并結(jié)合內(nèi)參比分子DNA-MB，構(gòu)建了比率型的Fe2+電化學(xué)傳感器。該傳感器具有高選擇性、高穩(wěn)定性，對(duì)0.2~120 μmol/L濃度范圍內(nèi)的Fe2+呈現(xiàn)良好線性關(guān)系。基于此，他們成功實(shí)現(xiàn)了缺血MCAO小鼠和阿爾茲海默癥（AD）小鼠腦內(nèi)Fe2+的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確定量。研究表明，MCAO小鼠和AD小鼠海馬、皮層和紋狀體腦區(qū)的Fe2+與正常小鼠相比均有不同程度升高。通過(guò)將該傳感器與熒光等方法相結(jié)合，研究發(fā)現(xiàn)AD模型小鼠腦內(nèi)環(huán)腺苷酸對(duì)Fe2+進(jìn)入細(xì)胞有調(diào)控作用。該研究不但為高穩(wěn)定性活體分析界面的構(gòu)筑提供了新的解決方案，相關(guān)研究結(jié)果也為AD疾病的發(fā)病機(jī)制提供了理論基礎(chǔ)。相關(guān)研究發(fā)表于化學(xué)期刊Anal.Chem.及Angew.Chem.Int.Ed.上。

圖1 基于金炔鍵的Fe2+探針的活體電化學(xué)分析示意圖