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1、脑神经电分析化学的研究及几点新思考 张美宁，毛兰群 ( 中国科学院化学研究所，北京1 0 0 0 8 0 ) 探索大脑的奥秘一直是科学家殚思竭虑的重大研究课题之一。脑的基本功能是利用 外周神经获得的信息，构建对外部世界的“表征”，并通过调节各个系统的多种生理功能 以感知和适应环境的变化。这种调节的基础是神经元内部和彼此之间的信息传递，其中 包括电传递和突触化学传递两大类。而化学信息传递主要是通过神经传递物质来完成的。 这些物质包括胆碱类、儿茶酚胺类、氮基酸类、神经肽类以及最近发现的一氧化氮自由 基。除了这些重要的神经传递物质以外，还有其它一些重要的生理活性物质，如葡萄糖、 乳酸、丙酮酸、氧气、
2、谷胱甘肽、抗坏血酸，以及活性氧自由基等也参与脑功能的过程。 因此，这些化学信息物质的实时、动态以及活体分析和检测无疑是进行脑功能( 如学习与 记忆) 和脑神经系统疾病研究的重要基础。本文将结合我们小组以前和近期的研究工作， 试图分析电化学分析方法在脑神经科学研究中的应用，并初步探讨最近兴起的纳米电化 学和电分析化学给脑神经电分析化学带来的新的机遇和思考。 电分析化学由于方法本身的特点，而决定了其在脑神经科学研究中的独特应用。这 些特点主要包括：( 1 ) 灵敏度高。选择性好( 可以通过合适的电极表面修饰技术而得到) ， 可以实现多组分同时分析：( 2 ) 可以使用微电极技术，实现原位实时分析的
3、目的；( 3 ) 容 易和其它生理学研究方法相结合。目前，脑神经电化学分析方法可以分为微电极在体伏 安法、活体微透析在体取样一样品分离一电化学检测以及微透析在体取样一在线电化学 检测三种方法。这些方法由于自身的特点而决定了其在脑科学研究中的独特和不足之处。 例如，微电极在体伏安法较好地适合分析递质的快速释放和寿命短的物质( 如自由基等) ， 从而得到实时原位分析的目的。但是微电极在体分析法本身很难建立。相对于离体分析 方法，微电极在体分析法由于电极容易受到体内大分子蛋白的吸附和污染，从而导致测 定结果的重现性差。另外，共存电化学活性物质的干扰问题是该方法一直悬而未决的关 键问题。 微透析技术作
4、为一种动态、微量生化采样技术，已经被广泛地应用于脑神经科学的 研究领域。脑透析液中除了大分子蛋白被透析膜阻碍外，小分子物质如神经递质、能量 代谢物质和活性氧自由基的代谢产物( 过氧化氢) 等均可以通过透析膜而被采集，并进一 步用于离体分析。这一方法大大避免了微电极在体分析方法的缺陷。但是，与微电极在 体伏安法相比，该方法具有低的时间分辩率，而且，在采样过程中，不可避免地稀释了 脑间隙液中待测组分的浓度。这些给后继的分离分析带来了很大的不便。所以电化学分 析方法必须具有高的选择性和灵敏度。活体微透析在体取样一样品分离一电化学检测虽 然可以通过对样品分离之后再进行分析检测的方法，而避免了干扰，简化
5、了电极设计， 但是分析时间过长，仪器复杂。 微透析在体取样一在线电化学检测避免样品分离，直接进行样品的电化学检测。该 方法简化了仪器设备，提高了时间分辨率。但是，如何避免其它共存物质的干扰是其最 t 1 2 关键的问题之一。我们曾设计和建立了多种微透析取样一在线电化学检测的新方法。例 如：设计和建立了在线检测活性氧自由基的代谢产物过氧化氢的方法。过氧化氢是一种 重要的生理活性物质，它在脑内的含量与老化机制和神经性疾病有很大的关系。我们通 过在中问盘电极上修饰抗坏血酸氧化酶而避免抗坏血酸的干扰，在环电极修饰H R P 和介 体聚吡咯，而实现过氧化氢的灵敏和选择性测定。 脑神经电分析化学研究的几点
6、新思考： ( 1 ) 测定种类有限。目前能够分析的物质主要包括；儿茶酚胺类物质及其代谢产物 以及氨基酸类物质，其它物质如乙酰胆碱，自由基和糖类尚无可利用的分析方法。 ( 2 ) 电化学分析方法，尤其是生物电化学传感器的研究和报道甚多，但是能够应用 于以上研究的则甚少。 ( 3 ) 纳米电化学和电分析化学正在成为分析化学、物理化学、材料科学以及生命科 学领域的重要研究内容之一，如何更有针对性地建立脑神经系统电化学分析的新技术和 新方法应该成为分析化学和生命科学共同关注的热点问题之一。 参考文献： 1 J N S m a r t 九B H u m m o n ，J v S w e e d l e r , A n a lC A m 。2 0 0 4 7 6 ：1 2 1 A 2 L M a o ，RG O s b o V i l e ，K Y a m a m o t o ，e ta l ，A n a lC h e m ，2 0 0 2 ，7 4 ：3 6 8 4 3 M Z h a n g 。L M a o 。F r o n t i e r 加B i o s c i e n c e 。2 0 0 5 1 0 ：3 4 5 1 1 3
