基于新型纳米超微毛细管电极的突触间信息分子电化学分析及其传导机制研究

目前，对于神经细胞间分子传导的研究主要是基于细胞外液中含量的测定，而突触间分子释放、扩散才是细胞间信息交流的最初阶段；由于突触间距离小于100nm，因此基于新原理、新方法研制新型纳米电极并探讨突触间信息分子传导过程具有十分重要的研究价值。项目拟通过激光定点拉制技术研制内径30~50nm、外径100nm以下的石英毛细管，再通过纳米材料在毛细管顶端内壁的有序生长和沉积，制备电极直径30~50nm的纳米毛细管电极；以离子液体为载体合成可控纳米颗粒以及毛细管柱内合成纳米棒等途径，结合分子印迹技术进行电极表面的特异性分子组装，实现突触间重要信息分子如DA等的高灵敏、高选择、高空间分辨率、毫秒级监测，从源头上开展对神经网络系统信号传递的最直接研究；通过抑制DA再摄取和阻断受体离子通道，初步探讨生命信息分子在神经元突触中的循环机理，为进一步增进对学习、记忆等中枢神经系统功能的理解提供科学的理论和方法。

由于突触间距离小于100 nm，突触相关反应时间在ms级，而已有的突触传递研究方法不能满足突触间隙内分析的要求，因此突触间隙内信号分子的定量、定位问题是突触研究中的分析化学问题和难点。本项目中，我们利用纳米电极的小尺寸、高时空分辨率、高扩散效率和快速响应等优点，开展了适于突触间隙内分析的新型纳米电极的设计、制备与应用研究。课题中，我们创新性地设计并发展了能够可控制备最小尖端尺寸达3 nm左右的金纳米盘状电极的方法，该方法简单、绿色环保。基于其优异的分析性能，实现了单个神经细胞内单个囊泡的胞吐释放的电化学分析；制备了以金纳米颗粒覆盖的石英玻璃为基底的纳米毛细管电极，极大地提高了微电极的韧性、硬度和寿命，有利于无损植入麻醉大鼠脑内开展脑内生理活性分子的电化学分析；提出了一种在拉制玻璃毛细管尖端内原位合成聚离子液体-铂纳米颗粒复合物从而制备填充型微电极的新方法，该方法简单可控；为了解决突触间信息分子释放的复杂性问题，我们制备了一系列负载贵金属特别是铂纳米颗粒的新型纳米复合材料，设计并合成了具有选择性识别功能的有机分子，在对电极进行功能界面设计后，发展了高灵敏度、高选择性、且具有良好稳定性和生物相容性的纳米电化学生物传感器，实现了某些重要生命信息分子的检测，为后续提高纳米电极在复杂环境中分析的能力提供了借鉴；此外，我们首次利用凝溶胶蛋白能够结合β-淀粉样蛋白Aβ(1-40/1-42)，结合纳米金的信号放大效应，发展了一种能够有效检测大鼠脑脊液及各脑部区域中的Aβ(1-40/1-42)单体总含量的电化学分析法。实验证明与正常大鼠相比，阿尔兹海默症模型大鼠脑脊液及各脑部区域中的Aβ(1-40/1-42)的含量都比较低；最后，利用所发展的金纳米盘电极尝试了直接在原代皮层神经元的突触间隙电化学分析多巴胺的释放。至今，我们已经完成了项目中的各项任务，在Angew. Chem. Int. Ed.、Anal. Chem.、Biosens. Bioelectron.等专业期刊上发表SCI收录论文26篇，取得了较好的研究和应用成果。