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(zhuǎn)移(FRET)體系，以碲化鎘量子點(CdTe QDs)作為光電活性材料，共同修飾于微電極表面，構(gòu)建可近紅外激發(fā)的ATP光電化學微傳感器。該PEC微傳感器已成功應(yīng)用于藥物誘導的炎癥小鼠模型中腦內(nèi)ATP的活體原位檢測。

FRET調(diào)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(yīng)。由于CdTe QDs-MWCNTs在980 nm波長處的吸收很弱，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(xiàn)出微小的光電流信號(圖1曲線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(xiàn)出最強的光電流信號，為315.2 nA(圖1曲線b)，說明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降低，為91.3 nA(圖1曲線d)。TAMRA-cATP/cDNA/UCNPs/CdTe QDs-MWCNTs/微電極與ATP(80 nmol/L)反應(yīng)后，光電流明顯增強，為185.5 nA(圖1曲線e)。以上實驗結(jié)果表明，ATP與適配體之間的特異性結(jié)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(yīng)后

傳感器對ATP的響應(yīng)研究

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

傳感器的選擇性研究

由于活體環(huán)境復(fù)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(jié)構(gòu)類似物、陰陽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有影響或者影響較小，當加入ATP時，光電流顯著增加，說明該微傳感器對ATP具有很高的特異性。

LPS的注射量對ATP含量的影響

LPS是一種常見的內(nèi)毒素，可以誘導小鼠全身性炎癥，我們通過腹腔注射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(nèi)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(nèi)ATP水平的影響。腹腔分別注射3 mg/kg、5 mg/kg、7 mg/kg時，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%。實驗結(jié)果表明LPS誘導的炎癥會引起腦內(nèi)ATP水平的顯著升高，并且ATP水平會隨著LPS濃度的增加而進一步升高，說明大腦向胞外釋放ATP是應(yīng)對炎癥的方式之一。

2.8炎癥時間對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間點腦內(nèi)ATP的含量變化，研究了藥物誘導時間與腦內(nèi)細胞間質(zhì)中ATP水平變化的關(guān)系。在2～6 h內(nèi)，光電流信號隨著LPS注射時間的增加而增大，在LPS注射6 h時，光電流信號達到峰值(47.2 nA)，之后(6～24 h內(nèi))基本保持不變。實驗結(jié)果表明：LPS誘導的炎癥會引起腦內(nèi)ATP含量的增加，并且隨著藥物誘導時間的推移，ATP的釋放進一步增加，在6 h后達到峰值，并且在24 h內(nèi)一直維持在高位，說明炎癥持續(xù)時間較長。