1、引言


腦是生命體中精密又復雜的系統，通常神經元的集體行為會產生大腦功能的變化，神經元之間信息的傳遞本質上是神經遞質在神經元突觸間的傳遞。了解神經元所處的微化學環境以及信息傳遞中的分子機制對深刻理解大腦功能具有十分重要的意義;對許多中樞神經系統（CNS）疾病，如多發性硬化（MS）、阿茲海默癥（AD）和癲癇的治療及預防具有重要指導意義。神經化學物質主要包括：神經元信息傳遞中起著重要作用的遞質，如單胺類遞質（多巴胺、去甲腎上腺素、腎上腺素等），氨基酸類遞質（谷氨酸、氨基丁酸等），神經調質（抗壞血酸等），離子（H+、K+、Zn2+、Ca2+、Mg2+等），活性氧自由基（H2O2、O2等），能量代謝物質（葡萄糖、ATP等），氨基酸，脂質，多肽，磷脂，蛋白質，核酸（DNA和RNA）和參與神經活動的其它的化學物質（乙酰膽堿、神經肽等）。因此，實時監測腦內神經化學物質的動態變化，對于更好地認識與腦相關的生理及病理學過程具有重要的意義。


活體原位電化學分析方法是將微電極植入特定腦區原位監測神經化學物質動態變化的方法，該方法因具有高時空分辨率、高靈敏度和對腦組織損傷小等優勢，受到越來越多的關注。但腦環境較為復雜，不僅存在許多小分子物質，而且還包含許多生物大分子。當微電極植入到腦組織時，生物大分子（特別是蛋白質）會迅速地吸附在微電極表面（此過程被認為是生物污染的第一步）。吸附的蛋白質會覆蓋電極表面部分活性位點，阻止物質傳輸和電子（電荷）轉移，最終導致微電極的靈敏度和選擇性降低。此外，微電極將不可避免地導致一系列不良的生物反應，如細胞黏附、血小板活化、血栓形成以及補體激活。這些過程將會導致電極周圍化學環境的改變，從而影響微電極對神經化學物質檢測的準確性。此外，形成的纖維囊會完全阻礙電極表面上的電子轉移和物質傳輸，從而導致微電極無法正常工作（圖1）。因此，抑制蛋白質的非特異性吸附在一定程度上可防止電極表面生物污染。

本文將簡單地介紹蛋白質吸附對電極性能的影響，及電化學中抗蛋白質吸附的方法策略，并詳細綜述活體原位電化學分析中抗蛋白質吸附研究的進展。


2、蛋白質吸附對電化學性能的影響


在電化學傳感器的研究中，不僅需要研究蛋白質在電極表面的非特異性吸附，最重要的是研究蛋白質吸附對電極電化學性能的影響。一般認為吸附在電極表面的蛋白質層是一個惰性的、非電化學活性的阻礙層，會影響電極的電化學性能，如法拉第電流、雙電層電容（Cd1）、電極阻抗，從而影響電極對待測物的電化學檢測結果，而且，這種影響隨著電極表面蛋白質的覆蓋率增大而加劇，影響最大的是電極的法拉第電流。因在任何情況下，電極表面發生蛋白質的非特異性吸附時，電極表面和電解質之間的電子（電荷）轉移速率都會受到嚴重阻礙，探針（或待測物）擴散到電極表面發生氧化還原反應也會被阻礙或完全阻止。

蛋白質吸附會影響電極/電解質界面處靠近電極表面緊密層的結構，從而導致電極雙電層結構（雙電層電容）的改變。研究表明：將電極暴露于蛋白質溶液中，會導致電極/電解質界面處的電子（電荷）轉移電阻（Rct）增加以及電極的Cd1減小。Rct的增加將會導致探針（或待測物）的氧化/還原電位分別正移或者負移（ΔEp增加）。此外，Cd1的改變受到各種檢測條件的影響，例如，當吸附發生在電極開路電位或更高電位時，電極的最大電容更大程度的減小;在相同條件下，與吸附的血清白蛋白相比，免疫球蛋白G（Ig.G）的吸附會導致Cd1減小的更多（圖2）。也有研究表明，吸附的蛋白質導致電極Cd1的變化通常約為裸電極的10%，一般電化學檢測技術（如計時電流法或微分脈沖伏安法）可不考慮，因已經扣除了背景充電電流，或者充電電流相對于法拉第電流衰減的較快。


活體微電極抗蛋白質吸附的研究進展

活體微電極抗蛋白質吸附的研究進展（二）