將UCNPs與四甲基羅丹明(TAMRA)標記的ATP適配體(cATP)，組成熒光共振能量轉移(FRET)體系，以碲化鎘量子點(diǎn)(CdTe QDs)作為光電活性材料，共同修飾于微電極表面，構建可近紅外激發(fā)的ATP光電化學(xué)微傳感器。該PEC微傳感器已成功應用于藥物誘導的炎癥小鼠模型中腦內ATP的活體原位檢測。

FRET調控光電流信號的可行性

將光電材料和UCNPs組成的熒光探針依次修飾到微電極上，并測試了不同修飾電極的光電流響應。由于CdTe QDs-MWCNTs在980 nm波長(cháng)處的吸收很弱，因此在980 nm的近紅外光的激發(fā)下，只有CdTe QDs-MWCNTs修飾微電極表現出微小的光電流信號(圖1曲線(xiàn)a)。當CdTe QDs-MWCNTs和UCNPs共同修飾到微電極表面后，UCNPs/CdTe QDs-MWCNTs/微電極在含有200μmol/L AA的aCSF中表現出最強的光電流信號，為315.2 nA(圖1曲線(xiàn)b)，說(shuō)明UCNPs的發(fā)光能夠有效激發(fā)CdTe QDs并產(chǎn)生光電流信號。修飾cDNA后，cDNA/UCNPs/CdTe QDs-MWCNTs/微電極的光電流略微減小，為285.3 nA(圖1曲線(xiàn)c)，表明cDNA在電極表面的成功修飾。將TAMRA-cATP修飾到UCNPs后，由于TAMRA對UCNPs發(fā)光的猝滅作用，TAMRA-cATP/cDNA/UCNPs/CdTe QDs-MWCNTs/微電極的光電流顯著(zhù)降低，為91.3 nA(圖1曲線(xiàn)d)。TAMRA-cATP/cDNA/UCNPs/CdTe QDs-MWCNTs/微電極與ATP(80 nmol/L)反應后，光電流明顯增強，為185.5 nA(圖1曲線(xiàn)e)。以上實(shí)驗結果表明，ATP與適配體之間的特異性結合能夠引起光電流信號的改變。

圖1不同修飾電極的光電流大?。?a)CdTe QDs-MWCNTs/微電極；(b)UCNPs/CdTe QDs-MWCNTs/微電極；(c)cDNA/UCNPs/CdTe QDs-MWCNTs/微電極；(d)TAMRA-cATP/cDNA/UCNPs/CdTe QDs-MWCNTs/微電極；(e)TAMRA-cATP/cDNA/UCNPs/CdTe QDs-MWCNTs/微電極與ATP反應后

傳感器對ATP的響應研究

圖2(A)微傳感器與不同標準濃度ATP反應后的光電流響應；(B)光電流大小與ATP濃度之間的線(xiàn)性關(guān)系

傳感器的選擇性研究

由于活體環(huán)境復雜，傳感器的選擇性對活體分析十分重要。因此，我們考察了活體生物環(huán)境中共存的一些結構類(lèi)似物、陰陽(yáng)離子和氨基酸等物質(zhì)對微傳感器的影響。共存物質(zhì)對微傳感器的光電流信號基本沒(méi)有影響或者影響較小，當加入ATP時(shí)，光電流顯著(zhù)增加，說(shuō)明該微傳感器對ATP具有很高的特異性。

LPS的注射量對ATP含量的影響

LPS是一種常見(jiàn)的內毒素，可以誘導小鼠全身性炎癥，我們通過(guò)腹腔注射LPS建立小鼠全身性炎癥模型，并用制備的微電極活體原位檢測小鼠腦內細胞間質(zhì)中ATP的水平變化。我們首先研究了不同LPS注射量對小鼠皮質(zhì)內ATP水平的影響。腹腔分別注射3 mg/kg、5 mg/kg、7 mg/kg時(shí)，光電流分別為35.1 nA、47.0 nA、59.1 nA。相比于對照組(0 mg/kg)光電流信號分別增加了95.0%、161.1%、228.3%。實(shí)驗結果表明LPS誘導的炎癥會(huì )引起腦內ATP水平的顯著(zhù)升高，并且ATP水平會(huì )隨著(zhù)LPS濃度的增加而進(jìn)一步升高，說(shuō)明大腦向胞外釋放ATP是應對炎癥的方式之一。

2.8炎癥時(shí)間對ATP濃度的影響研究

我們將制備的微電極用于LPS誘導的全身炎癥小鼠模型中，活體原位檢測不同時(shí)間點(diǎn)腦內ATP的含量變化，研究了藥物誘導時(shí)間與腦內細胞間質(zhì)中ATP水平變化的關(guān)系。在2～6 h內，光電流信號隨著(zhù)LPS注射時(shí)間的增加而增大，在LPS注射6 h時(shí)，光電流信號達到峰值(47.2 nA)，之后(6～24 h內)基本保持不變。實(shí)驗結果表明：LPS誘導的炎癥會(huì )引起腦內ATP含量的增加，并且隨著(zhù)藥物誘導時(shí)間的推移，ATP的釋放進(jìn)一步增加，在6 h后達到峰值，并且在24 h內一直維持在高位，說(shuō)明炎癥持續時(shí)間較長(cháng)。