本研究報道了用鉑納米顆粒和Nafion修飾的摻硼金剛石微電極的制備及其在小鼠結腸體外檢測NO的應用。鉑納米顆粒沉積采用2.0 mmol L-1六氯鉑酸鉀溶液，在0.01 V s-1的條件下，從?0.2 V到1.3 V vs Ag/AgCl循環10個循環。將Nafion覆蓋層浸泡在含有2.5%(w/v)膠體Nafion的溶液中，在55°C的潮濕環境中干燥一夜。

根據生物介質中電化學檢測NO的主要干擾物亞硝酸鹽(NO2-)氧化對電極的響應以及亞硝酸鹽(NO2-)氧化的抑制，選擇了最佳微電極制備條件。檢測指標為靈敏度為16.7±2.7 mA M-1 cm-2(n=3個電極)，檢出限為0.5μmol L-1(S/n=3)，電極響應重現性為2.5%(RSD)。


采用電刺激和連續安培法測量野生型雄性和雌性小鼠在不斷增加的電刺激下肌腸神經節中NO的釋放，以研究結腸中的氮信號。還提供了關于使用光遺傳學選擇性地使用藍光刺激刺激氮性肌內神經元的初步數據，目的是了解抑制性神經肌肉信號是如何參與控制腸道運動的肌內叢電路的。


摻硼金剛石(BDD)對電化學分析領域產生了重大影響，因為它具有許多突出的特性，包括(i)低而穩定的背景電流，通常不依賴于ph值，由于表面相對缺乏可電離的碳氧官能團，(ii)穩定的薄膜形態和微觀結構，(iii)抗分子吸附和生物污染，以及(iv)相對快速的電子轉移動力學在水中的多個氧化還原體系。


有機、離子液體電解質介質。BDD在神經化學分析領域有很大的用途，被證明是外周和中樞神經系統體外和體內測量的合適材料。研究小組已經證明，BDD微電極在體外為控制大鼠動脈和靜脈的交感神經釋放的去甲腎上腺素和豚鼠、大鼠和小鼠小腸和結腸的粘膜和肌腸叢釋放的血清素和一氧化氮提供了可重復的、穩定的和足夠敏感的氧化電流響應。使用BDD微電極穩定檢測腸道中釋放的血清素的能力值得注意，因為這種氧化還原系統是臭名昭著的碳電極生物污物。

圖1。Nafion/Pt/BDD微電極傳感器設計原理圖。在蝕刻的76μm直徑的鉑線上覆蓋一層摻雜硼的納米晶金剛石(右上)，用鉑納米顆粒電沉積(10個循環)(右中)，用膠態Nafion溶液(2.5 w/v%)浸涂(右下)。


在本論文中，擴展了BDD微電極在神經分析化學中的應用，并報道了它們在體外測量小鼠結腸肌腸神經節釋放一氧化氮(NO)的應用。眾所周知，一氧化氮是一種高活性有毒氣體，在空氣中迅速反應生成氮氧化物。然而，在生物系統中，NO在細胞代謝中起著重要的作用，并與許多生理過程有關，包括血壓控制、血管張力調節、神經傳導、支氣管擴張、抗菌和抗腫瘤過程以及學習和記憶。NO檢測是多年來的研究課題，已經使用了許多分析技術，如光譜學、化學發光、色譜、電泳和電化學方法。電化學技術，特別是那些使用微電極傳感器直接電化學檢測NO的技術，為檢測體外和體內釋放位點附近的瞬態濃度變化提供了足夠的時空分辨率。


通過在BDD微電極設計中加入鉑等貴金屬，并實現透選擇性聚合物，可以提高電化學NO檢測的靈敏度和選擇性。采用鉑納米顆粒對傳感器進行修飾是因為其對NO氧化的適度電催化作用和對許多化合物的抗中毒性。采用選擇性滲透性Nafion離聚體對改性BDD襯底進行包覆。Nafion骨架上的磺酸基使聚合物具有酸性特性，使得質子很容易通過聚合物薄膜運輸，同時靜電排斥帶負電荷的物種。這有效地阻止了干擾物，如亞硝酸鹽和硝酸鹽到達電極表面，這些干擾物是NO代謝產生的穩定副產物。這些物種在電化學NO檢測中可能存在問題，因為它們會在重復產生NO后積聚在溶液中，這也是為什么亞硝酸鹽和硝酸鹽的測量經常被用作NO釋放的間接測量。


本文描述了用鉑納米顆粒和Nafion層修飾的BDD微電極(Nafion/Pt/BDD)的制備和表征，該電極對NO氧化具有選擇性和敏感性，并將這些傳感器應用于體外測量小鼠結腸肌腸神經節電刺激釋放NO。最后，我們回顧了利用光遺傳學和選擇性激發氮神經元在轉基因小鼠模型中誘發NO檢測的初步數據。