纳米模拟酶在活体分析中的基础应用研究

It is of great significance in developing technically simple and quick analytical methods for the determination of physiologically important species in brain since these neurochemical species have been involved in both the transmission of information in brain and various processes related to physiology and pathology. However, it is still a great challenge for the real-time and in vivo detection of neurochemicals in the central nervous systems with good sensitivity, high selectivity and considerable stability. In this project, we propose a novel nanozyme-based biosensor with a good biocompatibility and three-dimensional structures for specific recognition toward the targets. Such biosensors are rationally integrated with natural enzymes and hybrid nanomaterials. The latter are constructed with metal oxide and carbon nanomaterials and serve as one kind of artificial enzyme with high catalytic activity. Thus, the combination of developed biosensors with microdialysate technology leads to in vivo and real-time monitoring of physiologically important species in brains with a high sensitivity and a good selectivity. It will further enhance our understanding of neurochemically associated patho-physiological processes by investigation of the chemical species' concentration changes. These investigations will not only open an innovative way to the development of effective methods for in vivo analysis in a quite simple fashion, but also broaden the biological and biomedical applications of nanozymes.

脑内信息传递以及与脑神经相关的各种生理和病理过程无不具有化学物质的参与，因此建立快速、简便、可用于检测脑内生理活性小分子的分析方法对于揭示脑神经过程的化学本质极为重要。然而，建立和发展高选择性、高灵敏度、高稳定性的可用于实时检测脑内生理物质的活体分析方法一直是脑化学中的重要挑战。本项目拟通过理性设计并合成具有高催化活性的碳纳米材料/过渡金属氧化物的纳米复合材料作为纳米模拟酶，结合具有高选择性的天然酶，构筑生物相容性好、具有三维结构的生物分子识别界面，从而建立基于纳米模拟酶的生物传感器。在此基础上，进一步结合活体微透析技术，发展并建立高灵敏度、高选择性的活体分析平台，实现脑内生理活性小分子的实时监测，并进一步研究其在生理/病理条件下的变化规律。本项目的实施不仅为发展简单、快速的活体分析方法提供新的思路和方法，也将进一步拓展纳米模拟酶在实际生物研究领域中的应用。

大脑是由数千亿的神经元细胞构成的人类最重要、最精细的中枢器官，每时每刻都有无数的信息在这里传递和交流。这些信息传递过程无不通过化学物质的参与而完成。因此建立原理简单、响应快速、操作简便、可用于检测脑内生理活性小分子的分析方法对于揭示脑神经过程的化学本质极为重要。然而，建立和发展高选择性、高灵敏度、高稳定性的可用于实时检测脑内生理物质的活体分析方法不仅是脑化学领域的重要研究内容，也是分析化学中的重大挑战。本项目主要从纳米材料本身的类酶活性的物理化学性质入手，通过理性设计并合成具有高催化选择性和催化活性的纳米模拟酶，接着进一步研究由其所构建的生物识别界面与生理小分子之间的相互作用，最终发展出选择性高、响应迅速、生物兼容性好的基于纳米模拟酶的生物传感器。通过与活体微透析技术相结合，我们建立并发展了了一系列高灵敏度、高选择性的活体分析平台，实现了脑内生理活性小分子的实时监测，并进一步研究其在生理/病理条件下的变化规律。本项目的实施不仅为发展简单、快速的活体分析方法提供了新的思路和方法，也进一步拓展了纳米模拟酶在实际生物研究领域中的应用。